DE19820202A1

DE19820202A1 - Transversaler elektrooptischer Modulator (EOM)

Info

Publication number: DE19820202A1
Application number: DE1998120202
Authority: DE
Inventors: Frank Diedrich; Frank Reismann
Original assignee: Gsaenger Optoelektronik & GmbH
Current assignee: Qioptiq Photonics GmbH and Co KG
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: DE19820202C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mit transversaler elektrooptischer Modulator EOM zur Modulation der Lichtwelle eines Laserstrahls mit einer mittleren Wellenlänge Lambda, mit zumindest einem durch einen elektrischen Verstärker ansteuerbaren Modulatorelement vorgegebener Länge aus einem bestimmten Werkstoff eines doppelt brechenden Einkristalls und mit zumindest einem Werkstoff eines Einkristalls in Kompensationsanordnung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß bei beliebiger Breite und vorgegebener Länge die Dicke des zumindest einen Modulatorelements sowohl kleiner als die Höhe als auch die Breite des Kompensatorelements ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen transversalen elektrooptische Modulator (EOM) zur Modulation der Lichtwelle eines Laserstrahls mit einer bestimmten Länge Lambda gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Laserstrahlungsquellen für die Fernsehbildproduktion einzusetzen, ist an sich bekannt (DE-PS 43 06 797).

Es ist ferner für die Belichtung von fotoempfindlichen Material wie Diafilm oder Reprofilm bekannt, Modulatoren mit einer Doppel brechungs-Kompensation einzusetzen. Allerdings ist ein solcher Modulator für sichtbares Licht, insbesondere grün und blau weder klein noch billig so herstellbar, daß er eine Modulationsbreite von 100 MHz besitzt und die Verwendung von spektral- nicht notwendigerweise schmalbandingen, also kosten günstigen Laserlichtquellen gestattet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen transversalen elektrooptischen Modulator (EOM) für sichtbares Licht, insbesondere grün und blau in kleiner Baugröße und billig herstellbar bereitzustellen, der eine Modulationsbandbreite von 100 MHz besitzt und die Verwendung von spektral- nicht notwendigerweise schmalbandigen Laserlichtquellen gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem transversalen EOM gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Idee liegt also darin, eine Kompensation der optischen Doppelbrechung des Modulatorelements durch ein in der Dicke wesentlichen größeres, aber gleichlanges Kompensatorelement aus einem Einkristall aus demselben Material zu erzielen, wobei dessen Breite und Dicke so groß gewählt werden, daß in ihm keine nennenswerten (bezüglich des Modulators) zusätzlichen geometrisch bedingten optischen Verluste mehr auftreten, nachdem in dem Modulatorelement durch bewußte Vernachlässigung eines Teils der Dicke des Laserstrahls die optische Effizienz bestenfalls noch ca. 15% beträgt. Dies reicht aber für die Anwendung zur Belichtung von fotoempfindlichem Material völlig aus, wenn nur eine hohe Modulationsbreite bei zugleich niedrigen Kosten erzielbar ist, wie es die Erfindung zuläßt. Dies ist deshalb, weil Strahlungsquellen für Laserstrahlen mit bis zu 100 mW Leistung relativ kostengünstig verfügbar sind, die Anwendung aber nur höchstens etwa ein Zehntel der genannten Leistung benötigt. Es ist nur sicherzustellen, daß in dem oder nahe beim Modulatorelement eine Strahlungstaille des Laserstrahls zu liegen kommt. Vorzugsweise liegt sie auf der Eintrittsfläche des Modulatorelements. Wegen der geringen Dicke des Modulatorelementes ergibt sich eine geringe Ansteuerspannung von unter 50 V, so daß man einfach herzustellende, oder im Handel erhältliche elektrische Verstärker mit einer Ausgangsspannung unter 50 V, beispielsweise "Video-Output- Amplifier-Chips" (nachfolgend kurz Video-Chips genannt) einsetzen kann, von denen ein einziger Chip das Modulatorelement ansteuert.

Kompensationsanordnungen sind z. B. dergestalt angeordnet, daß die optische Weglänge von durch die Gesamtanordnung gestrahltem Licht unabhängig ist von dessen Polarisationszustand.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 den transversalen elektrooptischen Modulator, in schematischer perspektivischer Darstellung mit An steuerschaltkreisen.

Die Lichtwelle eines Laserstrahls 3 mit einer bestimmten Wellenlänge wird auf eine als optische Fokussierlinse 1 ausgebildete, optische Einrichtung gerichtet. In Strahlungsrichtung hinter dem transversalen optischen Modulator EOM 10 ist eine mit 2 bezeichnete, als Kollimierlinse ausgebildete optische Einrichtung angeordnet, aus der der mit 4 bezeichnete Laserstrahl austritt.

Der EOM 10 weist zwei hintereinander angeordneten Elemente, nämlich zunächst in Strahlungsrichtung ein Modulatorelement 5 und dahinter ein Kompensations element 9 auf, dessen beide Einkristalle aus demselben Material bestehen. Es ist lediglich die senkrecht zur Strahlungsrichtung 3, 4 verlaufende optische Achse des Modulatorelements 5 bezüglich jener des Kompensatorelemtents 9 in der senkrecht zur Strahlungsrichtung 3, 4 verlaufenden Ebene um einen rechten Winkel, also 90° bezüglich des Laserstrahls gedreht. Die Längen L beider Kristalle in Strahlungsrichtung 3, 4 sind gleich.

Das Kompensationselement 9 weist einen - quadratischen - Querschnitt mit der Seitenlänge D4 dergestalt auf, daß diese größer als der Durchmesser D2 des aus der Austrittsfläche 11 des Modulatorelements 9 austretenden Laserstrahls ist, so daß hier keine wesentlichen weiteren Verluste mehr entstehen.

Das Modulatorelement 5 weist eine Dicke D3 auf, die kleiner als der Durchmesser D1 des Laserstrahls in der Ebene der Eintrittsfläche 12 des Modulatorelements ist.

Sowohl in Strahlungsrichtung 3, 4 vor dem Modulatorelement 5 als auch hinter diesem und vor dem Kompensationselement 9 können je eine Blende zur Vorgabe des Durchmessers D1 des Laserstrahls 3 bzw. zur Abschattung des nicht durch das Modulatorelement 5, sondern an diesem vorbei gehenden Laserstrahl angeordnet sein.

Ferner ist ein elektrischer Verstärker 8 mit zwei Eingängen 7 vorgesehen, dessen Ausgangsleitungen 81, 82 an die Elektroden 6 des Modulatorelementes 5 angeschlossen sind, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Höhe D3 des Modulatorelements 5 soll kleiner als die mit dem Faktor 2 multiplizierte Quadratwurzel aus dem durch Pi geteilten Produkt aus der mittleren Wellenlänge Lambda und der Länge des Modulatorelements 5 oder des Kompensatorelements 9 sein. Die Höhe oder Breite D4 des im Querschnitt quadratisch angenommenen Kompensatorelements 9 soll größer als das Zweieinhalbfache der Höhe D3 des Modulatorelements 5 sein.

Claims

1. Transversaler elektrooptischer Modulator (EOM) zur Modulation der Lichtwelle eines Laserstrahls (3) mit einer mittleren Wellenlänge Lambda, mit zumindest einem durch einen elektrischen Verstärker (8) ansteuerbaren Modulatorelement (5) vorgegebener Länge (L) aus einem bestimmten Werkstoff eines doppelt brechenden Einkristalls und mit zumindest einem Kompensatorelement (9) gleicher Länge (L) aus demselben Werkstoff eines Einkristalls in Kompensationsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß bei beliebiger Breite und vorgegebener Länge (L) die Dicke (D3) des zumindest einen Modulatorelements (5) sowohl kleiner als die Höhe als auch die Breite (D4) des Kompensatorelements (9) ist.

2. EOM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (D3) um einen Faktor größer als 15, vorzugsweise größer als 40 kleiner als die Höhe oder die Breite (D4) des Kompensatorelements (9) ist.

3. EOM nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Modulatorelements (5) der Höhe oder der Breite (D4) des Kompensatorelements (9) entspricht.

4. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensatorelement (9) eine der Höhe (D4) entsprechende Breite aufweist.

5. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (D4) des Kompensatorelements (9) 2 bis 4 mm, vorzugsweise 3 mm beträgt.

6. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (D3) des Modulatorelements 0,2 bis 0,02, vorzugsweise 0,07 mm beträgt.

7. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (D3) des Modulatorelements (5) kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls (3) in der Ebene der Eintrittsfläche (12) des Modulatorelements (5) ist, wobei als Durchmesser eines Laserstrahls den kleinsten Durchmesser definiert, der mindestens 99% der Strahlungsleistung einschließt.

8. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine in Strahlungsrichtung (3, 4) des Laserstrahls vor und hinter dem Modulator (10) angeordnete optische Einrichtung.

9. EOM nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Modulator (10) angeordnete optische Einrichtung als Fokussierlinse (1) ausgebildet ist.

10. EOM nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Modulator (10) angeordnete optische Einrichtung als Kollimierlinse (2) ausgebildet ist.

11. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlungsrichtung (3, 4) vor und hinter dem Modulator (10) eine Polarisatoreinrichtung angeordnet ist.

12. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Modulatorelement (5) eine Blendeneinrichtung zur Formung des Querschnitts des Laserstrahls angeordnet ist.

13. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulatorelement (11) Einkristalle eines der folgenden Werkstoffe aufweist:
ADP, AD*P, KDP, KD*P, KTP, KTA, RTA, Lithiumniobat, Lithiumtantalat, BBO, Kaliumniobat.

14. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung in Richtung des elektrischen Feldes des Steuersignals, also der Dicke des Modulatorelements (11) im Bereich von 0,025 bis 0,25 mm und die elektrische Kapazität zwischen 5 und 20 pF und/oder die Länge des EOM zwischen 5 und 30 mm liegt.

15. EOM nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulatorelement (11) den auf einem Substrat angeordneten Einkristall aufweist, der bei vorgegebener Länge und Dicke breiter als die Breite des in etwa quadratischen Querschnitts des elektrooptisch wirksamen Modulationsquerschnittes ist.

16. Verwendung von ansich bekannten Video-Output-Amplifier-Chips für TV-Geräte als elektrische Verstärker bei EOMs nach einem der Ansprüche 1 bis 15.