DE2231409C2

DE2231409C2 - Akusto-optische Ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE2231409C2
Application number: DE2231409A
Authority: DE
Inventors: Eric Gung Hwa Mahopac N.Y. Lean; Carl George Yorktown Heights N.Y. Powell
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1983-07-07
Also published as: FR2143973B1; FR2143973A1; US3736044A; GB1389258A; DE2231409A1; JPS5614966B1

Description

6. Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung an der Oberfläche des akusto-optischen Mediums (10) reflektiert wird.

7. Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen und die akustischen Wellen in einer Ebene senkrecht zueinander verlaufet.

8. Ablenkvorrichtung -.lach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optisc .e Brechungsindex des akusto-optischen Mediums (10) größer ist als der optische Brechungsindex des Trägerelements.

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Die Erfindung betrifft eine akusto-optische Ablenkvorrichtung.

Auf vielen Gebieten der Technik, beispielsweise bei der Großprojektion von Fernsehbildern, beim Einlesen und Auslesen von optischen Speichern und bei der Herstellung integrierter Schaltungen ist es erforderlich, einen Lichtstrahl in Form eines Fernsehrasters oder nach einem bestimmten Programm steuerbar mit so großer Genauigkeit und Geschwindigkeit zu verschieben. Die Erzeugung eines steuerbar verschiebbaren Lichtstrahls oder Lichtpunktes kann im allgemeinen entweder mit Hilfe bewegbarer Spiegel oder mit Hilfe von Kathodenstrahlröhren erfolgen. Die erstgenannten Anordnungen sind langsam, während bei den zuletzt genannten Anordnungen der Intensität des erzeugten Lichtpunktes relativ niedrige Grenzen gesetzt sind. In der britischen Patentschrift 9 76 610 wird eine aus einer Vielzahl von Ablenkstufen bestehende Vorrichtung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahls angegeben. Die einzelnen Ablenkstufen bestehen jeweils aus einem ersten Element zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene um 90° und aus einem diesen nachgeschalteten zweiten Element, das vom Lichtstrahl in Abhängig- keit von der Lage seiner Polarisationsebene auf jeweils einem von zwei möglichen Wegen durchsetzt wird. Derartige Anordnungen erlauben zwar die exakte Ablenkung eines Lichtstrahls von nahezu beliebig hoher Intensität mit sehr großer Geschwindigkeit sind aber sehr kompliziert und teuer. In den US-Patentschriften 35 09 489, 35 06 928 und 33 65 581 werden Vorrichtungen zur steuerbaren Ablenkung elektromagnetischer Strahlen angegeben, bei denen die Ablenkung durch die Wechselwirkung der abzulenkenden elektromagnetischen Welle mit Schallwellen erfolgt Die steuerbare Ablenkung der elektromagnetischen Strahlen erfolgt dabei durch die steuerbare Veränderung der LäV.ge der Schallwellen. Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die zur Verfugung stehenden Bandbreiten und somit die Anzahl der Ablenkpositionen des abgelenkten Strahls begrenzt ist, unabhängig davon, ob sie von der sogenannten Braggschen Beugung oder der Phasen-Beugung Gebrauch machen. Im vorliegenden Fall bezieht sich der Begriff Bandbreite auf die maximale Frequenzänderung Af der Schallwelle, durch die zwei noch voneinander unterscheidbare oder auflösbare Lichtflecke bei der sich ergebenden Strahlablenkung erzeugt werden. Die genannten Vorrichtungen weisen auch einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf, wobei unter Wirkungsgrad im vorliegenden Fall das Verhältnis zwischen der Intensität des abgelenkten Strahls und der Intensität des der Vorrichtung zugeführten Strahls verstanden wird. Bei den genannten Vorrichtungen zur Ablenkung von elektromagnetischer Strahlung werden entweder im Innern zines Körpers verlaufende Wellen oder Oberflächenwellen verwendet, wobei der die Ablenkung bewirkende Parameter die Änderung der Frequenz der Schallwellen ist

Aus der Veröffentlichung »Acousto-Optical Deflections in Thin Films« von W. S. C Chang in IEEE Journal of Quantum Electronics, April 1971, Seite 167, ist ein Vorschlag für einen akusto-optischen Deflektor bekannt, bei dem die akustische Welle und die optische Welle kolinear in einer dünnen Schicht geführt werden. Zur Vereinfachung der dort durchgeführten theoretischen Untersuchung wird diese dünne Schicht als frei behandelt und Einflüsse des Substrats, auf dem die Schicht notwendigerweise aufliegt, vernachlässigt Für einen akusto-optischen Deflektor ergeben sich dann ohne Berücksichtigung der Dispersion dieselben Werte für Winkelablenkung und Anzahl der auflösbaren Ablenkpositionen. Vorteile werden für diese Konfiguration bezüglich der für die Ablenkung notwendigen akustischen Leistung angeführt

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine akusto-optische Ablenkvorrichtung anzugeben, bei der sowohl der Wirkungsgrad als auch die Anzahl der voneinander unterscheidbaren Lichtflecke bzw. deren Auflösbarkeit ohne wesentliche Vergrößerung des technischen Aufwandes erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Da bei den hier vorgesehenen Vorrichtungen die Phasengeschwindigkeit eine Funktion der Wellenlänge ist, also Dispersion vorliegt können, wie noch im einzelnen zu beschreiben sein wird, mit relativ kleinen Änderungen der Länge der Schallwellen große Winkeländerungen des abgelenkten Strahls bei sehr hohem Wirkungsgrad verwirklicht werden. Insbesondere ist es möglich, die Anzahl der voneinander unterscheidbaren Strahllagen und den Wirkungsgrad dieser Vorrichtungen in bezug auf die bekannten, mit in einem nicht dispersiven Medium verlaufenden Schallwellen arbeitenden Vorrichtungen ganz wesentlich zu erhöhen.

Die Wechselwirkung zwischen Schallwellen und elektromagnetischer Strahlung, die entweder auf der sogenannten Braggschen Streuung oder der sogenannten Phasen-Streuung beruhen kann, wird in der üteraturstelle »Criteria for Normal and Abnormal 5 Ultrasonic Light Diffraction Effects« von G, W, Willard, Journal of the Acoustical Society of America, VoL 21, Seite 101, 1949, beschrieben. Durch Veränderung der Schallwellenfrequenz werden die elektromagnetischen Wellen aus ihre^ ursprünglichen Lage abgelenkt Die Frequenzänderungen der Schallwellen verursachen auch Veränderungen der Geschwindigkeit dieser Wellen, die ihrerseits zusätzliche Änderungen der Ablenkung der elektromagnetischen Wellen zur Folge haben. Das hat zur Folge, daß die Anzahl der auflösbaren Punkte bzw. deren Auflösungsvermögen die Bandbreite und der Wirkungsgrad der Ablenkvorrichtungen wesentlich größer ist als bei den bisher bekannten Schallwellenablenkvorrichtungen.

Dispersion kann in einem Medium, das Schallwellen weiterleiten kann, in engen Frequenzbereichen dann auftreten, wenn die Dicke des Mediums in der Größenordnung der Wellenlänge dieser Welles liegt In einer derartigen dünnen Schicht geleitete Schallwellen unterliegen aufgrund der Randbedingungen dieser Schicht der Dispersion. Die geleiteten Schallwellen können im allgemeinen eine Rayleigh-Welle, eine Love-Welle und eine Lamb-Welle sein. Wie schon gesagt ist die als Schallwellenleiter dienende dünne Schicht auf einem Trägerelement angeordnet Die Phasengeschwindigkeit der Moden der Schallwellen ist im Trägerelement größer als in der darauf angeordneten, als Wellenleiter dienenden dünnen Schicht Das hat zur Folge, daß die Wellen innerhalb der dünnen Schicht verlaufen und nicht in das Trägerelement übertreten können. Das als dünne Schicht ausgebildete, die Schallwellen leitende Medium kann beispielsweise aus S1O2 bestehen, während die Trägerelemente aus einem anderen geeigneten Material, beispielsweise aus Lithiumniobat, Quarz oder Glas, bestehen können. Die to Trägerelemenve können aus Isolatoren oder aus Halbleitern bestehen und piezoelektrisch oder nicht piezoelektrisch sein. Das gleiche trifft für die als Wellenleiter dienende dünne Schicht zu.

Bei einer besonders^Vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der abzulenkende Strahl eine in einem geeigneten Medium, beispielsweise κι Glas, geführte optische Welle. Die Schallwellen verlaufen quer zum Weg der geführten optischen Wellen (vorzugsweise innerhalb der Bragg-Bedingungen) und bewirken eine >° Ablenkung der Welle, we^n die Frequenz und somit auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen sich ändert In diesem Ausführungsbeispiel ist der optische Brechungsindex des Trägerelements kleiner als der Brechungsindex der aiuf dieser angeordneten dünnen Schicht, so daß-die Phasengeschwindigkeit der optischen Welle in der dünnen Schicht kleiner als im Trägerelement ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend anhand der Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Schallwelienabienkvorrichtung für elektromagnetische Strahlen mit einem dispersiven Medium,

F i g. 2 die schematische Darstellung des Verlaufs der Geschwindigkeit als Funktion der Frequenz "von Schallwellen in einem dispersiven Medium,

F i g. 3 eine Ablenkvorrichtung mit einer dünnen, akustisch dispersiven Schicht auf einem Substrat, Fig.4, 5, 6A, 6B andere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Das in Fig, 1 dargestellte Ausführungsbeispiei besteht aus einem als dünne Schicht ausgebildeten dispersiven Medium 10, einem auf diesem angeordneten elektroakustischen Wandler 12, einer Wechselstromquelle veränderbarer Frequenz 14, einem als Abschluß dienenden absorbierenden Medium 18 und einer vorzugsweise als Laser ausgebildeten Lichtquelle 20. Bei Erregung des elektroakustischen Wandlers 12 durch die Wechselstromquelle mit veränderbarer Frequenz 14 entstehen im Medium 10 Schallwellen, deren Fronten mit 16 bezeichnet sind Das Medium 10 hat eine Dicke d, die in der Größenordnung der Wellenlänge λ, der durch den elektroakustischen Wandler 12 erzeugten Schallwellen liegt Die am rechten Rand des Mediums 10 angeordnete absorbierende Substanz 13, die beispielsweise aus schwarzem Wachs oder flüssigem Quecksilber bestehen kann, dient zur Anpassung an die charakteristische Impedanz des als Wellenleiter dienenden Mediums.

Der von der Lichtquelle 20 erzeugte Lichtstrahl 24 fällt unter einen Winkel θο auf das Medium 10, durchsetzt es und verläßt es als Strahl 25 unter dem gleichen Winkel θο. Die normalerweise im Medium 10 auftretende Brechung ist der Einfachheit halber in Fig.l nicht dargestellt Durch Veränderung der Frequenz der durch das Bezugszeichen 16 angedeuteten Schallwellen wird auch deren Geschwindigkeit verändert, so daß der Lichtstrahl um die Winkel ±ΔΘ abgelenkt wird. Diese Beugung kann entweder durch die übliche Braggsche Streuung oder durch eine Phasen-Streuung bedingt sein, was von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes und der effektiven Eindringtiefe der Schallwelle abhängt Diese Vorgänge sind in der Literaturstelle »Optical Probing of Surface Acoustic Waves« von E G. Lean und C. G. Powell in Proceedings of the IEEE, Vol. 58, Nr. 12, Dezember 1970, Seiten 1939 bis 1947, näher beschrieben.

Zur Erläuterung des Einflusses der Dispersion der die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung bewirkenden Schallwellen in dem diese weiterleitenden Medium wird im folgenden die Wirkungsweise einer Schallwellenablenkvorrichtung für elektromagnetische Strahlung beschrieben.

Die theoretische Begrenzung des Auflösungsvermögens bekannter Schallwellenablenkvorrichtungen wurde bisher im allgemeinen durch die Formel N-vAf_t angenähert wobei N die Zahl der auflösbaren Lichtflecke der Ablenkvorrichtung, Af, die Bandbreite der Schallwellenfrequenz und τ die Durchgangszeit der Schallwelle durch den Durchmesser des elektromagnetischen Strahls ist Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, diese Grenze zu überschreiten.

Für eine Oberflächienschallwellen-Ablenkvorrichtung wird der Winkel d«s Strahls der ersten Ordnung bestimmt durch die Beziehung

sin θ = (Λ/ν,,)/;

(D

wobei A die Wellenlänge der elektromkgnetischen Strahlung und v, und /, die Geschwindigkeit bzw. die Frequenz der Schallwellen ist. Durch Änderung der Frequenz der Schallweibn über eine Bandbreite von Af, wird der gebeugte Strahl um einen Winkel geschwpnkt, der gegeben ist durch die Beziehung

ΔΘ = (A/v„cos θ) Aj■„

(2)

Für einen einfallenden Strahl mit einem Durchmesser D ist die Anzahl der auflösbaren Lichtpunkte des Ablenkers gleich

N= ΑΘΙΔα = rAf„

(3)

wobei Ax=KID der Durchmesser des gebeugten Strahls und r = £V(v,cose) die Durchgangszeit der Oberflä- in chenschallwellen durch den Durchmesser des abzulenkenden Strahls ist.

Ist die Geschwindigkeit der Schallwelle (beispielsweise einer in einem Wellenleiter geführten akustischen Welle) der Dispersion unterworfen und eine Funktion M der Frequenz, so wird der Winkel AB', um den der Lichtstrahl durch Änderung der Eingangsfrequenz über eine Bandbreite Af, abgelenkt wird, durch folgende Beziehung definiert:

ΑΘ' =

V₁, COS

(4)

wobei A vjAj'„die Tangente der Dispersionskurve der geleiteten Schallwellen ist. Die Anzahl der auflösbaren Lichtflecke wird dann

N' = rAf_a[\ - (/Jv₁₁)(A v_aIAf_a)) (5)

JO

Bei dispersionslosen Schallwellen, bei denen AvJ Af₁=O, geht Gleichung (5) in Gleichung (3) über. Ist die Dispersion der geleiteten Schallwellen (Volumen oder Oberflächenwellen) AvJAf₁ kleiner als 0, so ist N' um den Faktor

größer als N.

In F i g. 2 wird die Phasengeschwindigkeit der einzelnen Moden der Schallwelle im Medium 10 als Funktion der reziproken, auf die Schichtdicke d normierten Schallwellenlänge λ, wiedergegeben (die Abszisse ist somit proportional zur Frequenz der Schallwellen). Es ist ersichtlich, daß die Phasengeschwindigkeit der mit den Bezugszeichen 16 bezeichne- ten Schallwellen sich aufgrund der Dispersion als Funktion der Frequenz dieser Wellen ändert Im allgemeinen wird die Dispersion durch Einflüsse im Grenzbereich des Wellenleiters oder durch die Materialeigenschaften des Mediums bewirkt. Liegt die Dicke des als Wellenleiter dienenden Mediums in der Größenordnung der Schallwe'lenlänge, so entsteht aufgrund der Grenzbedingungen Dispersion, und die Phasengeschwindigkeit der Schallwellen verändert sich als Funktion der Frequenz dieser Wellen, ist die Dicke des Mediums wesentlich größer als die Wellenlänge der Schallwellen, so entsteht keine auf Grenzbedingungen beruhende Dispersion.

Wie schon gesagt, kann die Dispersion aber auch durch die Materialeigenschaften des den Wellenleiter ω bildenden Mediums bedingt sein, in diesem FaIi iiegen die Gitterabstände der das Medium bildenden Substanz in der Größenordnung der Schallwellenlänge, so daß Dispersion entsteht Ist die Länge der Schallwellen wesentlich größer als der Gitterabstand der Substanz, bS so daß diese als ein Kontinuum erscheint 'ritt keinerlei Dispersion auf.

Die F i g. 2 wird anschließend im Zusammenhang mit

dem in F i g. 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert. Aus Fig.2 ergibt sich, daß die maximale Phasengeschwindigkeit bei langen Schallwellen auftritt. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit der Schallwellen weitgehend von den Eigenschaften des Trägerelements 22 bestimmt. Die kleinste Phasengeschwindigkeit tritt bei kurzen Schallwellen (hohe Frequenz) auf, wobei die Phasengeschwindigkeit im wesentlichen durch die Eigenschaften des Mediums 10 bestimmt wird. Zwischen diesen beiden Grenzfällen besteht ein kontinuierlicher Übergang.

In F i g. 3 wird eine Schallwellenablenkvorrichtung für elektromagnetische Strahlung dargestellt, bei der ein als dünne Schicht ausgebildetes Medium 10 auf einem Trägerelement 22 angeordnet ist. Diese dünne Schicht kann beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufdampfen auf das Trägerelement aufgebracht werden. Die Grenzfläche zwischen dünner Schicht und Trägerelement ist sehr eben, d. h., etwa vorkommende Uneben-

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Schallwelle, um eine Streuung der Schallwellen und der Lichtwellen an dieser Grenzfläche zu vermeiden. Die dünne Schicht 10 ist, wie gesagt, auf dem Trägerelement 22 angeordnet und kann aus jedem beliebigen Material, wie Isolatoren und Halbleiter, das Schallwellen leiten kann, bestehen. Es ist nicht erforderlich, daß die Schicht 10 piezoelektrische Eigenschaften aufweist; es ist jedoch vorteilhaft, sie aus piezoelektrischem Material herzustei'sn, da in derartigen Materialien Schallwellen in einfacher Weise hergestellt bzw. eingeleitet werden können. Die Dicke der Schicht 10 liegt in der Größenordnung der Länge der zu übertragenden Schallwelle, d. h. zwischen 1 und to μίτι. Die Grenzfrequenz der Schallwelle wird durch die Dämpfung der Schicht 10 bedingt Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß die Schicht 10 oder das Trägerelement 22 aus Einkristallen besteht Wie schon erwähnt, ist die Phasengeschwindigkeit der Schallwellen in der dünnen Schicht kleiner als in dem Trägerelement so daß die Schallwellen in der dünnen Schicht gehalten werden. Im folgenden sind Vr und W die Phasengeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und von im Innern des Trägerelements verlaufenden Scherungswellen, während V'_R und V't die gleichen Geschwindigkeiten in der dünnen Schicht sind. Ist das Material der dünnen Schicht dichter und weniger steif als das Material des Trägerelements ( Vr> V'k; Vr> V₇), so entstehen drei Arten von Wellen. Diese Wellen sind Rayleigh-Wellen, Love-Wellen und Sezawa- oder M-Z-Wellen. Die Love-Wellen erfordern lediglich, daß W> V't- Diese Gesetzmäßigkeiten wenden im übrigen in einem Aufsatz von H. I. Smith, erschienen im »International Journal of Nondestructive Testing«, VoL 2, Seiten 31 bis 59 (1970), beschrieben.

Auf der dünnen Schicht 10 ist der elektroakustische Wandler 12 angeordnet, der im vorliegenden Beispiel aus kammartig ausgebildeten, ineinander verschachtelt angeordneten Elektroden besteht Es sind aber auch andere Arten von Wandlern, beispielsweise prismenförmige Wandler, verwenbar. Der Wandler 12 wird durch die Wechselstromquelle mit veränderbarer Frequenz 14 erregt An der dem Wandler J2 abgewandten Seite der Schicht 10 ist eine schallabsorbierende Substanz 18 angeordnet Die durch den Wandler 12 erzeugten Wellenfronten 16 pflanzen sich in Richtung des eingezeichneten Pfeils fort Die von der Lichtquelle 20 ausgehenden elektromagnetischen Wellen treffen unter dem Winkel θ₀ als Strahl 24 auf die dünne Schicht 10 auf, durchsetzen sie und werden an der oberen Fläche des

Trägerelements 22 als Strahl 25 reflektiert. Die in der dünnen Schicht 20 auftretende Brechung wird der Einfachheit halber nicht dargestellt, so daß a-jch der reflektierte Strahl 25 den gleichen Winkel θ₀ mit der Normalen einschließt. Wird jedoch die Frequenz der Schallwellen 16 durch Änderung der Frequenz der Wechselstromquelle 14 verändert, so wird das reflektierte Licht um einen Winkel ±ΔΘ abgelenkt, je nachdeu», ob die Frequenz der Schallwelle erhöht oder erniedrigt wurde. Da in dem die dünne Schicht 10 bildenden Medium Dispersion auftritt, tritt ebenfalls eine Änderung der Geschwindigkeit der Schallwelle auf, so daß der sich ergebende Winkel ΔΘ größer als bei den bisher bekannten Schallwellenablenkern sein wird. Der abgelenkte Strahl 25 trifft auf eine Auswertungseinrichtung 23 auf, die beispielsweise als Photodetektor ausgebildet sein kann.

In Fi g. 4 wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die dünne Schicht 10 aus einer i'iiiSSigiiCi(, L/CfSpiCiSiVCiSC SüS »t SSSCi, t/cSiciii. l.mc dünne Schicht 10 könnte in diesem Ausführungsbeispiel aber auch aus SiO2 bestehen. Die dünne Schicht 10 liegt zwischen zwei Trägerelementen 22, die aus gleichen oder aus verschiedenen Substanzen bestehen können. Geeignete Substanzen sind beispielsweise Lithiumniobat, Glas, Quarz oder andere geeignete ebene optische Körper. In die zwischen den Trägerelementen 22 angeordnete dünne Schicht 10 wird mittels eines Wandlers 12 eine Schallwelle eingegeben. Obwohl die Schallwellen ursprünglich im Trägerelement 22 erzeugt werden, treten sie in die dünne Schicht 10 ein, da die Phasen£,jschwindigkeit der gewünschten Mode der Schallwelle in dieser Schicht kleiner als im Trägerelement 22 ist. Ebenso wie bei den in den Fig. 1 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Wandler 12 durch eine Wechselstromquelle 14 mit steuerbar veränderbarer Frequenz erregt. Die zwischen den Trägerelementen 22 befindliche dünne Schicht wird durch die Oberflächenspannung gehalten. Die Dicke dieser Schicht liegt wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, in der Größenordnung der Wellenlänge der verwendeten Schallwellen. Ebenso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist an der gegenüberliegenden Seite der Schicht eine absorbierende Substanz 18 vorgesehen.

Der von der Lichtquelle 20 ausgehende Strahl 24 durchsetzt das erste Trägerelement 22 und tritt mit den in der dünnen Schicht 10 verlaufenden Schallwellen in Wechselwirkung. Der Strahl 24 wird dann an der oberen Fläche des unteren Trägerelements 22 reflektiert und tritt als Strahl 25 unter einem Winkel θο mit der Normalen aus der dünnen Schicht 10 aus. Wird die Frequenz der Schallwellen geändert, so ändert sich auch ihre Geschwindigkeit, und der reflektierte Strahl 25 wird um Winkel ±ΔΘ abgelenkt

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel pflanzen sich in der auf einem Trägerelement 22 angeordneten dünnen Schicht 10 Lamb-Wellen fort, die durch die sinusförmige Linie 29 angedeutet werden. Diese Wellen werden durch den Wandler 12 erzeugt der ebenso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen durch eine Wechselstromquelle 14 mit steuerbar veränderlicher Frequenz erregt wird. Erforderlichenfalls kann an dem rechten Rand der Anordnung eine absorbierende Substanz vorgesehen werden. Ebenso wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Geschwindigkeit der Scherungswelle der Schallwellen in der dünnen Schicht 10 kleiner als im Trägerelement 22. Dadurch wird sichergestellt, daß die Schallwellen in der dünnen Schicht 10 verbleiben. Um die gewünschte Dispersion zu erhalten, liegt die Dicke der dünnen Schicht 10 in der Größenordnung der Wellenlängen der in ihr verlaufenden Schallwellen. Ebenso wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen fällt ein von einer Lichtquelle 20 ausgehender Strahl 24 auf die dünne Schicht 10, durchsetzt sie und wird an der oberen Fläche des Trägerelements 22 als

ίο Strahl 25 reflektiert. Wird die Frequenz und somit die Geschwindigkeit der Schallwellen 29 geändert, so wird der Ausgangsstrahl 25 um den Winkel ±ΔΘ geschwenkt.

Bei den in den Fig.6A und 6B beschriebenen

Ausführungsbeispielen werden geleitete, d.h. in einem Wellenleiter geführte optische Wellen abgelenkt. Auch bei diesen Ausführungsbeispielen ist auf einem Trägerelement 22 eine dünne Schicht 10 angeordnet, auf der Wandler 12a und 12b angeordnet sind. Einer dieser

*" Wäfidicf (12a) lsi lici Eii'igäucVväfiuici üi'iu wird durch eine Wechselspannungsquelle 14 mit steuerbar veränderlicher Frequenz erregt. Der andere Wandler (12Ä) dient lediglich zur Umwandlung der Schallwellen 16 in elektrische Signale. Erforderlichenfalls kann die Anord nung so ausgebildet werden, daß in der dünnen Schicht 10 stehende Schallwellen auftreten. In diesem Fall ist der Wandler 12i> nicht erforderlich. Ebenso ist es möglich, an der den die Schallwellen .»in-jebenden Wandler gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung eine dämpfende Substanz anzuordnen. Wird diese Substanz nicht vorgesehen, so werden die Schallwellen am Rande der dünnen Schicht reflektiert. Diese reflektierten Wellen können zur Beeinflussung der elektromagnetischen Wellen verwendet werden.

J5 Auf der dünnen Schicht 10 ist weiterhin ein Gitterkopplungselement 26 vorgesehen, durch das in dieser Schicht geleitete optische Wellen erzeugt werden, wenn ein von einer Lichtquelle 20 ausgehender Strahl 24 auf dieses Element fällt. Das Gitterkopplungs element 26 ändert den Winkel ües Lichtstrahls 24 so, daß das Licht im Innern der Schicht 10 durch Totalreflexion eingefangen bleibt, so daß in dieser Schicht geleitete optische Wellen erzeugt werden. Die Arbeitsweise eines derartigen Kopplungselements ist

*> beispielsweise in einem Aufsatz von L. Kuhn et al.

beschrieben, der in »Applied Physics Letters«, Vol. 17,

Nr. 6, September 15, 1970, Seite 265, veröffentlicht

wurde.

Bei der in F i g. 6B dargestellten Vorrichtung wird die

>n geleitete optische Welle 27 durch die Schallwelle 16 abgelenkt Wird die Frequenz der Schallwelle geändert, so wird die ursprüngliche, durch den Pfeil 28 angedeutete Richtung der optischen Welle in ähnlicher Weise wie bei den vorher beschriebenen Ausführungs beispielen geändert

Bei den in den Fig.6A und 6B beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Phasengeschwindigkeit des Lichtes in der dünnen Schicht 10 kleiner als im Trägerelement 22, so daß die optischen Wellen in dieser Schicht gehalten werden. Das heißt, daß der Brechungsindex der dünnen Schicht 10 größer sein muß als der Brechungsindex des Trägerelements 22. Bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsbeispielen tritt diese Forderung zu den bei den vorhergehenden Ausfüh rungsbeispielen erforderlichen Bedingungen hinzu, bei denen die Geschwindigkeit der Schallwellen in der dünnen Schicht 10 kleiner sein mußte als im Trägerelement 22.

Zum Vergleich wurden sowohl geleitete Schallwellen (Lamb-Wellen) und Oberflächenschallwellen (nicht dispersive Wellen) in einem dünnen Scheibchen aus LiNbOs durch einige ineinander verschachtelte Elektroden erregt. Der Frequenzbereich lag zwischen 300 und 400 MHz. Durch Änderung der Frequenz der Schallwellen (Aft—100 MHz) wurde ein an nicht dispersiven Oberflächenschallwellen gestreuter Lichtfleck um einen Winkel von Γ verschoben, während die Verschiebung des Lichtfleckes bei Verwendung von Volumen-Schallwellen mit Dispersion 3° betrug. Bei Verwendung von Wellen ohne Dispersion war die Anzahl der auflösbaren Lichtflecke 300 bei 3 Mikrosekunden Durchgangszeit. Im Fall von Schallwellen mit Dispersion war die Anzahl

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der auflösbaren Lichtflecke 900 bei 3 Mikrosekunden Durchgangszeit was eine Verbesserung um den Faktor 3 bedeutet.

Die Dispersion der geleiteten Schallwellen wird bestin .tit durch die Dicke der dünnen Schicht, in der sie sich fortpflanzen, und durch die Fortpflanzungsmode der Schicht. Eine typische Dispersionskurve wird in F i g. 2 dargestellt. Es ist ohne weiteres einzusehen, wie der Faktor

zu maximieren ist. so daß das Auflösungsvermögen optimal wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Akusto-optische Ablenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Wellen in einem Medium (10) mit negativer akustischer Dispersion im Frequenzbereich der akustischen Wellen geführt werden.

2. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optische Medium (10) als Wellenleiter auf einem Trägerelement (22) angeordnet ist

3. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optische Medium (10) aus Siliciumdioxid (SiO₂) besteht und das Trägerelement (22) aus Lithiumniobat, Quarz oder Glas.

4. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optische Medium (10) aus einer zwischen optisch durchlässigen Platten angeordneter Wasserschicht besteht (F i g. 4).

5. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optische Medium (10) ein kompaktes Material mit akustischer Dispersion im Frequenzbereich der verwendeten akustischen Wellen ist