DE2234838C3 - Acousto-optical filter arrangement - Google Patents

Description

wobei θι der Winkel zwischen der akustischen Achse und der Flächennormale zur Eingangsfläche (12) des doppelbrechenden Mediums (4) ist.where θι the angle between the acoustic The axis and the surface normal to the input surface (12) of the birefringent medium (4).

4. Filteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium (9) den Raum zwischen Prisma (2) und doppelbrechendem Medium (4) ausfüllt.4. Filter arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the intermediate medium (9) fills the space between prism (2) and birefringent medium (4).

5. Filteranordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium (9) eine Flüssigkeit und das doppelbrechende Medium (4) ein Kristall ist.5. Filter arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the intermediate medium (9) is a liquid and the birefringent medium (4) is a crystal.

6. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsund Ausgangsflächen (8, 11) des Prismas (2) und die Eingangsfläche (12) der doppelbrechenden Mediums (4) mit einer optisch nichtreflektierenden Beschichtung versehen sind.6. Filter arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the input and Output surfaces (8, 11) of the prism (2) and the input surface (12) of the birefringent medium (4) are provided with an optically non-reflective coating.

7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem doppelbrechenden Medium (11) im Lichtstrahlenweg ein zweites Prisma (3) angeordnet ist, dessen Eingangsfläche (16) im wesentlichen parallel zur Ausgangsfläche (15) des doppelbrechenden Mediums (4) und in deren Nähe verläuft, und desser Ausgangsfläche (24) im wesentlichen senkrecht zur optisch-akustischen Längsachse des doppelbrechen- fts den Mediums (4) verläuft.7. Filter arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that behind the birefringent medium (11) in the light beam path a second prism (3) is arranged, whose Input surface (16) essentially parallel to the output surface (15) of the birefringent medium (4) and in the vicinity thereof, and the exit surface (24) substantially perpendicular to the optical-acoustic longitudinal axis of the double fracture fts the medium (4) runs.

8. Filteranordnung nach Anspruch 7, dadurch Gekennzeichnet, daß ein bezüglich des Brechungsindex abgestimmtes Zwischenmedium (9) in dem Raum zwischen der Ausgangsfläche (15) des doppelbrechenden Mediums (4) und der Eingangsfläche (16) des Ausgangsprismas (3) zur Venrinderung der Reflexion des optischen Strahles angeordnet ist8. Filter arrangement according to claim 7, characterized in that a with respect to the refractive index matched intermediate medium (9) in the space between the output surface (15) of the birefringent medium (4) and the input surface (16) of the output prism (3) for reducing the reflection of the optical beam is arranged

9. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche (8) für das Licht in das doppelbrechende Medium (4) senkrecht zur Richtung des Lichtstrahles im doppelbrechenden Medium (4) steht, und daß der der Eintrittsfläche (8) benachbarte Endabschnitt (2) des doppelbrechenden Mediums mit einem Schlitz (21) versehen ist, der zur Richtung des Lichtstrahles geneigt ist, so aaß der Abschnitt des doppelbrechenden Mediums (4) zwischen Eintrittsfläche (8) und Schlitz ein Prisma (2) bildet.9. Filter arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inlet surface (8) for the light in the birefringent medium (4) perpendicular to the direction of the light beam in birefringent medium (4) is, and that the entry surface (8) adjacent end portion (2) of the birefringent medium is provided with a slot (21) facing the direction of the light beam is inclined, so aass the portion of the birefringent medium (4) between the entrance surface (8) and Slit forms a prism (2).

10. Filteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche (24) für das Licht aus dem doppelbrechenden Medium (4) im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Lichtstrahles im doppelbrechenden Medium (4) steht, und daß der der Austrittsfläche (24) benachbarte Endabschnitt des doppelbrechenden Mediums (4) mit einem zweiten Schlitz (22) versehen ist, der zur Richtung des Lichtstrahles geneigt ist, so daß der Abschnitt des doppelbrechenden Mediums (4) zwischen Austrittsfläche und zweitem Schlitz ein zweites Prisma (3) bildet.10. Filter arrangement according to claim 9, characterized in that the exit surface (24) for the Light from the birefringent medium (4) essentially perpendicular to the direction of the light beam stands in the birefringent medium (4), and that the end section adjacent to the exit surface (24) of the birefringent medium (4) is provided with a second slot (22) which is used for Direction of the light beam is inclined, so that the portion of the birefringent medium (4) a second prism (3) forms between the exit surface and the second slot.

U. Filteranordnung nach Anspruch 9 oder 10. dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schlitze (21, 22) zur Richtung des Lichtstrahles im Brewster-Winkel geneigt ist.U. Filter arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that at least one of the Slits (21, 22) is inclined to the direction of the light beam at Brewster's angle.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine akusto-optische Filteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an acousto-optical filter arrangement according to the preamble of Claim 1.

Das allgemeine Prinzip akusto-optischer Filter ist bekannt aus »Journal of the Optical Society of America« (1969), S. 744 bis 747 und »Applied Physics Letters« (1970), S. 223 bis 225. Wenn die Eingangsfläche des Kristalls zur Reflexion der akustischen Welle geneigt ist, ergibt sich bei den bekannten Vorrichtungen das Problem, daU der einfallende Lichtstrahl in einem beträchtlichen Winkel zur Längsachse des Kristalls geneigt werden muß, damit er entlang der Längsachse des Kristalls gebeugt wird. Die Neigung des einfallenden Lichtstrahles gegenüber der Kristallachse vermindert die wirksame optische Apertur und damit die Lichtmenge, die durch das Filter übertragen werden kann. Dieser Effekt ist als »Vignettieren« der optischen Apertur bekannt. Ein ähnlicher Effekt tritt an der Ausgangsfläche des Kristalls auf, die vorzugsweise im Brewster-Winkel zur Längsachse des Kristalls geneigt ist, um die Reflexion des Lichtstrahles an der Ausgangsfläche des photo-elastischen Materialcs herabzusetzen. The general principle of acousto-optical filters is known from "Journal of the Optical Society of America" (1969), pp. 744 to 747 and "Applied Physics Letters" (1970), pp. 223 to 225. If the input surface of the Crystal is inclined to reflect the acoustic wave, this results in the known devices The problem is that the incident light beam is at a considerable angle to the longitudinal axis of the crystal must be tilted so that it is flexed along the longitudinal axis of the crystal. The inclination of the incident Light beam opposite the crystal axis reduces the effective optical aperture and thus the Amount of light that can be transmitted through the filter. This effect is called "vignetting" the optical Known aperture. A similar effect occurs at the exit surface of the crystal, which is preferably in the Brewster's angle is inclined to the longitudinal axis of the crystal in order to reduce the reflection of the light beam at the Reduce the initial area of the photo-elastic material.

Gemäß der obengenannten Veröffentlichung in »Applied Physics Letters« wird zur brmöglichung einer kollinearen Ausbreitung von Licht und akustischer Welle im Kristall der letztere in ein ölbad eingebracht. Hierbei wird zwar auch der Einfallswinkel des Lichtstrahls in das System verkleinert; eine optimale Apertur für das Filter ergibt sich jedoch nicht.According to the above publication in "Applied Physics Letters", a collinear propagation of light and acoustic wave in the crystal of the latter placed in an oil bath. It is true that the angle of incidence of the light beam into the system is also reduced here; an optimal one However, there is no aperture for the filter.

In der älteren DTPS 21 64 311 wird vorgeschlagen.In the older DTPS 21 64 311 is suggested.

IjlIjl

inen akusto-optischen Kristall in einem Flüssigkeitsbad !„zuordnen, um dadurch die Apertur zu erhöhen, per vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe runde, _ei_ne weitere akusto-optisch^ Filteranordnung der eingangs genannten Art mit einer vergrößerten ntischen Apertur zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildun- der Erfindung sind in den Unteranspriichen gekennzeichnet. "an inen acousto-optical crystal in a liquid!, thereby increasing the aperture, by the present invention, the object is round, _e i _n e further acousto-optically ^ filter assembly of the initially named kind with an enlarged ntischen aperture. The solution to this problem is characterized in claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeiniele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen darIn the following preferred embodiments of the invention are explained with reference to the drawings; it represent

pig 1 schematisch ein akustisch-optisches Filter nach der Erfindung,pig 1 schematically shows an acoustic-optical filter according to the invention,

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Anordnung nach F i g-1 längs der Linien 2-2,F i g. 2 is a side view of part of the arrangement according to F g i-1 along the lines 2-2,

pjg 3 einen vergrößerten Ausschnitt des durch die Linien 3-3 der F i g. 1 eingeschlossenen Teiles,FIG. 3 shows an enlarged section of the area indicated by lines 3-3 in FIG. 1 included part,

pig.4 eine vergrößerte Ansicht des durch die Linien 4.4 in F i g- 2 eingeschlossenen Teiles.pig.4 is an enlarged view of the part enclosed by the lines 4.4 in FIG. 2.

Gemäß F i g. 1 und 2 ist ein akustisch-optisches Filter 1 vorgesehen, welches sich von dem genannten, in der Zeitschrift »Journal of the Optical Society of America« beschriebenen Filter vor allem dadurch unterscheidet, daß ein Eingangsprisma 2 und ein Ausgangsprisma 3 an riegenüberliegenden Enden des doppelbrechenden photoelastischen Kristalls 4 zur Vergrößerung der Stahlapertur des akustisch-optischen Filters 1 vorgesehen sind.According F i g. 1 and 2, an acousto-optical filter 1 is provided, which differs from the aforementioned filter described in the journal "Journal of the Optical Society of America" mainly in that an input prism 2 and an output prism 3 at opposite ends of the birefringent one Photoelastic crystal 4 are provided to enlarge the steel aperture of the acoustic-optical filter 1.

Das Filter 1 weist eine Lichtquelle 5 auf. die einen Lichtstrahl 6 durch einen Polarisator 7 und dann durch ein Prisma 2 mit einer Eingangsfläche 8 und einer Ausgangsfläche 11 schickt. Der Polarisator 7 polarisiert das Licht vertikal und linear. Zwischen der Ausgangsfläche 11 des Prismas 2 und der Eingangsfläche 12 des photoelastischen, doppelbrechenden Kristalls 4 ist ein Medium mit abgestimmtem Brechungsindex angeordnet. Das Prisma 2 und das Medium 9 bewirken, daß der Lichtstrahl 6 in den Kristall 4 längs der Y'-Achse des Kristalls 4 gebeugt wird. Die V-Achse braucht jedoch nicht notwendigerweise mit der kristallinen V-Achse zusammenzufallen.The filter 1 has a light source 5. which sends a light beam 6 through a polarizer 7 and then through a prism 2 with an input surface 8 and an output surface 11. The polarizer 7 polarizes the light vertically and linearly. A medium with a matched refractive index is arranged between the output surface 11 of the prism 2 and the input surface 12 of the photoelastic, birefringent crystal 4. The prism 2 and the medium 9 have the effect that the light beam 6 is diffracted into the crystal 4 along the Y 'axis of the crystal 4. However, the V-axis need not necessarily coincide with the crystalline V-axis.

Die Eingangifläche 12 des Kristalls 4 ist derart in einem Winkel zur V-Achse geneigt, daß eine akustische Schubwellu Si, die in den Kristall 4 mittels eines akustischen Eingangsübertragers 13 erzeugt wird, als Schubwelle S₂ von der Innenseite der Eingangsfläche 12 des Kristalls 4 in einer im allgemeinen zur V-Achse parallelen Richtung reflektiert wird. Daher breitet sich die Schubwelle S₂ parallel zu dem optischen Strahi 6 aus. um den Lichtstrahl 6 an der akustischen Schubwelle S₂ kollinear zu beugen. Der akustische Übertrager 13 wird mit Hochfrequenzenergie gespeist, die von einem nichtdargestellten abstimmbaren Hochfrequenzoszillator abgeleitet ist.The input surface 12 of the crystal 4 is inclined at an angle to the V-axis in such a way that an acoustic shear wave Si, which is generated in the crystal 4 by means of an acoustic input transmitter 13, is transmitted as a shear wave S ₂ from the inside of the input surface 12 of the crystal 4 in in a direction generally parallel to the V-axis. Therefore, the thrust wave S ₂ propagates parallel to the optical beam 6. in order to collinearly bend the light beam 6 at the acoustic shear wave S _2. The acoustic transmitter 13 is fed with high-frequency energy which is derived from a tunable high-frequency oscillator (not shown).

Bei einer bestimmten Kombination der Frequenzen der Lichtwcllc und der akustischen Welle ergibt sich 2\ne starke Wechselwirkung zwischen dem Licht und der akustischen Welle, wobei die akustische Welle das Licht von der ersten Polarisation des Eingangslichtstrahles 6 in eine dazu orthogonale zweite Polarisation umsetzt. Dies ergibt ein schmales Band von Lichtwellen mit der zweiten Polarisationsebene in dem Lichtstrahl mit der ersten Polarisationsebene.In a particular combination of the frequencies of the Lichtwcllc and the acoustic wave results in 2 \ ne strong interaction between the light and the acoustic wave, the acoustic wave converts the light from the first polarization of the input light beam 6 in an orthogonal second polarization. This results in a narrow band of light waves with the second plane of polarization in the light beam with the first plane of polarization.

Die Beugung in die zweite orthogonale Polarisationsebene erfolgt über eine photoelastische Konstante des Kristalls 4. Im Falle eines Kristalls 4 aus Lithium-Niob;r ist die photoelastische Konstante P41, und eine derartige Beugung tritt nur für ein schmales Band optischer Frequenzen f₀ auf, die mit der akustischen Frequenz /ä über folgende Gleichung in Beziehung stehen: Diffraction into the second orthogonal plane of polarization occurs via a photoelastic constant of crystal 4. In the case of a crystal 4 made of lithium niobium; r is the photoelastic constant P41, and such diffraction occurs only for a narrow band of optical frequencies f ₀ , the are related to the acoustic frequency / ä via the following equation:

^CL ^C L

l'¹' ίπΓ l ' ¹ ' ίπΓ

(D(D

ίο Dabei bedeutet el V das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der akustischen Geschwindigkeit des Mediums und \ Δ η [ der Doppelbrechungsindex des Kristalls. ίο El V means the ratio of the speed of light in a vacuum to the acoustic speed of the medium and \ Δ η [ the birefringence index of the crystal.

Im Falle von Lithium-Niobat ist das akustisch-opti-S sehe Filter 1 von 7000 bis 5500 A durchstimmbar, indem die akustische Frequenz von 750 bis 1050 MHz geändert wird. Es wird ein Bandpaü von weniger als 2 A für das Band optischer Frequenzen erhalten, das von der Eingangspolarisation in die orthogonale Polarisation bei einem 5 cm langen Kristall gebeugt wird.In the case of lithium niobate, the acoustic-opti-S see filter 1 can be tuned from 7000 to 5500 A by changing the acoustic frequency from 750 to 1050 MHz. A band pair of less than 2 A is obtained for the band of optical frequencies diffracted from the input polarization into the orthogonal polarization for a 5 cm long crystal.

Der kollinear gebeugte Lichtstrahl 6 gelangt aus dem Kristall 4 durch eine geneigte Ausgangsfläche 15 (Fig. 2) heraus und dann durch eine zweite Schicht eines Mediums 9 mit einem abgestimmten Brechungsindex durch das Ausgangsprisma 3 zu einem Polarisationsanalysator 17. Der Polarisationsanalysator. beispielsweise ein Rochon- oder Glan-Tayior-Prisma 3 trennt das Licht in dem Strahl 6 in Licht der ersten und Licht der zweiten orthogonalen Polarisationsebene. Licht mit einer /ti der linearen Polarisationsebene des Eingangslichtes orthogonalen Polarisationsebene, d. h. also in X-Richtung polarisiertes Licht gelangt durch den Polarisationsanalysator 17 als Ausgangsstrahl 18. Der Ausgangsstrahl 18 hat die typische Bandpaßcharakteristik, wogegen das Licht in dem Strahl 6 mit der gleichen Polarisationsebene wie der Eingangslichtstrahl von dem Polarisationsanalysator als Ausgangsstrahl 19 reflektiert wird. Der Ausgangsstrahl 19 hat die typische Charakteristik eines Bandsperrfilters, wobei das Sperrband den Anteil des Eingangslichtes bildet, der von der ersten Eingangspolarisationsebene in die orthogonale Polarisation umgesetzt wurde und durch den Polarisationsanalysator als Ausgangsstrahl 18 gelangt.The collinearly diffracted light beam 6 arrives from the crystal 4 through an inclined exit surface 15 (Fig. 2) out and then through a second layer of a medium 9 with a matched refractive index through the output prism 3 to a polarization analyzer 17. The polarization analyzer. for example a Rochon or Glan-Tayior prism 3 separates the light in the beam 6 into light of the first and Light of the second orthogonal plane of polarization. Light with a / ti of the linear plane of polarization des Input light orthogonal plane of polarization, d. H. light polarized in the X direction passes through the Polarization analyzer 17 as output beam 18. The output beam 18 has the typical bandpass characteristic, whereas the light in beam 6 has the same plane of polarization as the input light beam from that Polarization analyzer is reflected as output beam 19. The output beam 19 has the typical one Characteristic of a band stop filter, where the stop band forms the portion of the input light that is released by the first input polarization plane was converted into the orthogonal polarization and by the polarization analyzer arrives as output beam 18.

Die Flächennormale der Kristallausgangsfläche 15 4- liegt in der A"-V-Ebene, wogegen die Flächcnnormale der Eingangsfläche 12 in der Z- > Ebene liegt. Diese Drehung der Ebene der Eingangsfläche 12 bezüglich der Ausgangsfläche 15 des photoelastischen Kristalls 4 um 90° wird verwendet, um den Abstand /wischen den Enden 12 und 15 des Kristalls 4 unterschiedlich zu machen und die Ebene der reflektierten Wellen um %^: gegenüber den einfallenden W eilen zu verschieben, um die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer stehenden akustischen Welle in den; photoclastischen Kristall 4 minimal zu machen. Eine stehende akustische Welle würde den Betrieb eines akustisch-optischen Filters 1 stören.The surface normal of the crystal exit surface 15 4- lies in the A "-V plane, whereas the surface normal of the input surface 12 lies in the Z- > plane. This rotation of the plane of the input surface 12 with respect to the output surface 15 of the photoelastic crystal 4 is by 90 ° used to make the distance / between the ends 12 and 15 of the crystal 4 different and ^{to shift the plane of the reflected waves by%:} compared to the incident waves, in order to reduce the probability of the occurrence of a standing acoustic wave in the photoclastic crystal 4. A standing acoustic wave would interfere with the operation of an acousto-optical filter 1.

Insbesondere ergibt eine stehende Welle einen Resonan/effekt bei der knilinearen Beugung bei f>,, optischen Frequenzen, die einer akustischen Frequenz des Kristalls entsprechen. Wenn die akustische Welle des akustisch-optischen I-'ilters durch eine akustische Resonanzfrequenz des Kristalls hindurch verändert u. ird, ergibt sich eine Zunahme der von der Eingangspo-(,s larisationsebene in die orthogonale Polarisationsebene umgesetzten Lichtmenge, so daß die Intensität des Ausgangslichtstrahles frequenzabhängig ist. Diese frequenzabhängige Intensitäi des Ausgan^sstrahles ist inIn particular, a standing wave produces a resonance effect in knee-linear diffraction f> ,, optical frequencies that correspond to an acoustic frequency of the crystal. When the acoustic wave of the acousto-optic I filter through an acoustic The resonance frequency of the crystal is changed and changed, there is an increase in the input po- (, see level of light converted into the orthogonal level of polarization, so that the intensity of the Output light beam is frequency dependent. This frequency-dependent intensity of the output beam is in

manchen Fällen unerwünscht und wird herabgesetzt, indem die Ausbildung stehender akustischer Wellen in dem photoelastischen Kristall 4 verhindert wird.in some cases undesirable and diminished, by preventing the formation of standing acoustic waves in the photoelastic crystal 4.

Gemäß Fig. 3 und 4 werden die Eingangs- und Ausgangsprismen 2 und 3 und ihre Wirkung auf die optische Apertur im einzelnen erläutert. Die Eingangsund Ausgangsprismen 2 und 3 können in einfacher Weise ausgebildet werden, indem die gegenüberliegenden Enden des photoelastischen, doppelbrechenden Kristalls 4 mit geneigten Schlitzen 21 und 22 versehen werden, die in den Kristall 4 eingebracht sind. Auf diese Weise begrenzen die Schlitze 21 und 22 das Eingangsprisma 2 und das Ausgangsprisnna 3 an gegenüberliegenden Enden des photoelastischen Kristalls 4.According to FIGS. 3 and 4, the input and output prisms 2 and 3 and their effect on the optical aperture explained in detail. The input and output prisms 2 and 3 can be used in a simple Way to be formed by the opposite ends of the photoelastic, birefringent Crystal 4 are provided with inclined slots 21 and 22, which are introduced into the crystal 4. To this The slots 21 and 22 delimit the input prism 2 and the output prism 3 at opposite one another Ends of the photoelastic crystal 4.

Dieses Schlitzverfahren stellt sicher, daß die Prismen isThis slotting process ensures that the prisms are

2 und 3 aus identischem Material wie der Kristall bestehen und daß die optische Achse der Prismen 2 und2 and 3 consist of identical material as the crystal and that the optical axis of the prisms 2 and

3 und der Kristallkörper 4 in geeigneter Weise ausgerichtet werden.3 and the crystal body 4 are appropriately aligned.

Die Eingangs- und Ausgangsprismen 2 und 3 mit den senkrechten Eingangs- und Ausgangsflächen 8 bzw. 24 und den geneigten Ausgangs- und Eingangsflächen 11 bzw. 16 parallel zu den anliegenden Flächen 12 und 15 des Kristalls 4 stellen sicher, daß der Lichtstrahl 6 in den Kristall und aus dem Kristall heraus längs eines Weges :s parallel zu dessen Längsachse und rechtwinklig zu den Eingangs- und Ausgangsflächen 8 bzw. 24 der Prismen 2 und 3 gebeugt wird.The input and output prisms 2 and 3 with the vertical input and output surfaces 8 and 24, respectively and the inclined exit and entrance surfaces 11 and 16, respectively, parallel to the abutting surfaces 12 and 15 of the crystal 4 ensure that the light beam 6 into the crystal and out of the crystal along a path: s parallel to its longitudinal axis and at right angles to the input and output surfaces 8 and 24 of the prisms 2, respectively and 3 is flexed.

Der Eingangsschlitz 21 ist in einem Winkel geneigt, um die akustische Welle Si in den Weg längs der w V-Achse des Kristalls 4 zu reflektieren. Im Falle eines doppelbrechenden photoelastischen Kristalls 4 auf CaMoOi beträgt der richtige Winkel für die Eingangsfläche 12 und damit den Schlitz 21 45^: bezogen auf die V-Achse des Kristalls 4. isThe entrance slit 21 is inclined at an angle to reflect the acoustic wave Si in the path along the w V axis of the crystal 4. In the case of a birefringent photoelastic crystal 4 on CaMoOi, the correct angle for the input surface 12 and thus the slot 21 is 45 ^: based on the V-axis of the crystal 4. is

Der Brechungsindex r>2 für das Medium 9 ergibt sich dann aus dcrUleichung:The refractive index r> 2 for the medium 9 then results from the equation:

= «, tan= «, Tan

(21 so daß an der akustischen Fläche 12 des Kristalls 4 ein. akustische Diskontinuität im Reflexionsvermögen auf tritt und im wesentlichen die gesamte akustisch! Energie von der Innenfläche 12 entlang der Längsachsi bzw. K- Achse des Kristalls 4 reflektiert wird. (21 so that an acoustic discontinuity in the reflectivity occurs on the acoustic surface 12 of the crystal 4 and essentially all of the acoustic energy is reflected from the inner surface 12 along the longitudinal axis or K-axis of the crystal 4.

An der Ausgangsfläche 15 des Kristalls 4 wird eir Schlitz 22 im Brewster-Winkel eingeschnitten, der in Falle eines Kristalls aus CaMoO4 mit der K-Achse einer Winkel von 53% bildet, so daß im wesentlichen keir Licht aus dem Strahl von der Ausgangsfläche 15 de; Kristalls 4 reflektiert wird. Der Brechungsindex dei Flüssigkeit 9 an der Außenfläche wird dann aus dei Gleichung (2) bestimmt, wobei Θ, der Winkel zwischer dem Lichtstrahl in den Kristall ('K-Achse) und dei Ausgangsfläche 15 ist. Die Ausgangsfläche 24 de; Ausgangsprismas 3 wird vorzugsweise mit einer die Reflexion verhindernden Beschichtung versehen, urr Lichtverluste des Strahles infolge von Reflexion beirr Durchgang durch das Prisma 3 zu verhindern.At the exit surface 15 of the crystal 4 a slot 22 is cut at the Brewster's angle, which in Trap of a crystal made of CaMoO4 with the K-axis of a Angle of 53%, so that essentially no light from the beam from the exit surface 15 de; Crystal 4 is reflected. The refractive index dei Liquid 9 on the outer surface is then determined from equation (2), where Θ, the angle between the light beam into the crystal ('K-axis) and the exit surface 15. The output surface 24 de; Output prism 3 is preferably provided with a coating that prevents reflection, urr To prevent light loss of the beam as a result of reflection when passing through the prism 3.

In einem typischen Beispiel ist der Kristall 4 6 cm lang und hat eine Breite und eine Tiefe von 8 mm und eine optische Apertur von 6 mm Durchmesser, die sich durch die Öffnung der Dichtungseinsätze 23 ergibt. Das Medium besteht aus verfestigtem Kitt und die Flächen 12 und 15 sind in den Winkeln gemäß Fig. 3 und 4 geneigt. Die Schlitze 21 und 22 haben eine Breite von 0.51 mm und der akustische Übertrager 13 weist einen Kristall aus LiNbCh auf, der Schubschwingungen im Bereich von 30 bis 60 MHz bei einer Leistung von 1 W ausführt. Der Ausgangsstrahl 18 ist von 5500 Ä bis 6300 Ä durchstimmbar.In a typical example, the crystal is 4-6 cm long and has a width and a depth of 8 mm and an optical aperture of 6 mm diameter extending through it the opening of the sealing inserts 23 results. The medium consists of solidified putty and the surfaces 12 and 15 are inclined at the angles shown in FIGS. The slots 21 and 22 have a width of 0.51 mm and the acoustic transmitter 13 has a crystal made of LiNbCh, the shear vibrations in the Range from 30 to 60 MHz with a power of 1 W. executes. The output beam 18 is tunable from 5500 Å to 6300 Å.

Durch die Verwendung von Eingangs- und Ausgangsprismen 2 und 3 wird eine Vergrößerung der Apertur für den Strahl erzielt. In einigen Fällen muß die Eingangsfläche 12 des Kristalls in einem solchen Winkel \ geschnitten werden, daß λ den kritischen Winke! vonBy using input and output prisms 2 and 3, an enlargement of the aperture for the beam is achieved. In some cases, the input surface 12 of the crystal must be cut at such an angle \ that λ to the critical angle? from

coscos

wobei /?i der Brechungsindex des .Kristalls 4 und das Eingangsprisma und θι der Winkel zwischen der Achse der akustischen Welle 5Ί (der >-Achse) und der Flächennormale 25 /ur Eingangsflache 12 des doppelbrechenden Mediums 4 ist. In einem t\pischen Beispiel hat ein Kristall 4 aus CaMoO₄ einen Brechungsindex \on ungefähr 2.0. und ein geeignetes Medium 9 weist einen optischen Kitt mit einem Brechungsindex n₂= 1.567 auf. In diesem Beispiel ist 2.0 ein guter Brechungsindex für /?;>. Diese Fehlanpassung führt dabei /u einer Reflexion von nur 1.6% des Lichtes.where /? i is the refractive index of the .Kristalls 4 and the input prism and θι the angle between the axis of the acoustic wave 5Ί (the> axis) and the surface normal 25 / ur input surface 12 of the birefringent medium 4. In a typical example, a crystal 4 made of CaMoO _{4 has} a refractive index around 2.0. and a suitable medium 9 has an optical cement with a refractive index n ₂ = 1.567. In this example, 2.0 is a good index of refraction for / ?;>. This mismatch leads to a reflection of only 1.6% of the light.

Auf den Eingangs- und Ausgangsflächen 8 und 11 des Prismas 2 und auf der Eingangsfläche 12 des photoclastischen Kristalls 4 können rcflexionsverhindcrnde Schichten vorgesehen werden, um unerwünschte Strahlcnrcflexion von diesen Flächen und entsprechende Lichtveriuste zu vermeiden.On the input and output surfaces 8 and 11 of the The prism 2 and the input surface 12 of the photoclastic crystal 4 can prevent reflection Layers are provided to avoid unwanted beam reflection from these surfaces and corresponding layers To avoid light forbidden.

Wenn das bezüglich des Brechungsindexes abgestimmte Medium eine Flüssigkeit ist. wird in dem Schlitz 21 zur Aufnahme der Flüssigkeit ein geeigneter Dichtungscinsatz 23. beispielsweise aus Fluor-Silikon-Gummi vorgesehen. Der Dichtungseinsatz 23 kann auch bei festen Medien 9, beispielsweise einem optischen Kitt vorgesehen werden, um den flüssigen Kitt aufzunehmen, bis er erhärtet. Die Medien 9 sollten optisch transparent sein und gegenüber dem Kristall 4 einen im wesentlichen unterschiedlichen akustischen Widerstand haben.When the refractive index matched medium is a liquid. will be in the slot 21 a suitable sealing insert 23 for receiving the liquid, for example made of fluorosilicone rubber intended. The sealing insert 23 can also be used with solid media 9, for example an optical cement be provided to hold the liquid cement, until it hardens. The media 9 should be optically transparent and essentially one with respect to the crystal 4 have different acoustic resistance.

überschreitet, und in diesem Fall sind die Prismen 2 und 3 und die Flüssigkeil 9 erforderlich, um den Lichtstrahl ₄ς durch den Kristall 4 gelangen zu lassen.exceeds, and in this case the prisms 2 and 3 and the liquid wedge 9 are required in order to allow the light beam ₄ ς to pass through the crystal 4.

Die Endprismen 2 und 3 und/oder die Medien 9 können derart gewählt werden, daß sie Transparenzbereichc haben, die von denen des photoelastischen Mediums 4 verschieden sind, um ein Sperrfilter zu so bilden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Materialien für die Endprismen derart gewählt werden, daß sie Brechungsindizes haben, die sich von denen des photoelastischen Mediums um einen bestimmten Betrag unterscheiden und eines oder beide Prismen können in ss bestimmten Winkeln geschnitten werden, um einen gewünschten Betrag an »Vor- und/oder Nachstreuung« des optischen Strahls 6 zu ergeben.The end prisms 2 and 3 and / or the media 9 can be chosen so that they transparency areas c different from those of the photoelastic medium 4 to be a notch filter so form. In another embodiment, the Materials for the end prisms are chosen so that they have indices of refraction that differ from those of the photoelastic medium differ by a certain amount and one or both prisms can be in ss certain angles can be cut to a desired amount of "pre- and / or post-scattering" of the optical beam 6 to result.

Eine oder beide Flächen 12 und 15 des Kristalls, durchOne or both faces 12 and 15 of the crystal, through

den der optische Strahl gelangt, können gekrümmt ausgebildet werden, und eines oder beide Endprismen können gekrümmte Flächen haben, um eine gewisse erwünschte Fokussierung zu ergeben.the optical beam can be curved and one or both of the end prisms may have curved surfaces to a certain extent to give the desired focus.

Bei einer anderen Ausführungsform werden die Brechungsindizes der Medien 9 derart gewählt, daß sie hs den Durchgang des optischen Strahles durch eine oder alle mit der Flüssigkeit gebildeten Zwischenflächen beim Brewster-Winkel erlauben, um unerwünschte Reflexionen herabzusetzen.In another embodiment, the refractive indices of the media 9 are chosen such that they hs the passage of the optical beam through an or allow any interfaces formed with the liquid at Brewster's angle to avoid undesirable Minimize reflections.

lid oiner anderen Ausführungsform werden die akustischen Eigenschaften der Medien 9 gewählt, um das akustische Strahlenmuster in einer gewünschten Weise zu ändern, d. h. die akustische Verlustleistung in den Medien im Schlitz 22 wird bei den verwendeten akustischen Frequenzen bewußt hochge akustische Wellen /u absorbieren, die son; Ausgangsfläche 15 /um Übertrager 13 zurücl würden und eine unerwünschte stehende Welle in dem Kristall 4 ergäben.lid or another embodiment, the acoustic properties of the media 9 selected to the acoustic radiation pattern in a desired Way to change d. H. the acoustic power dissipation in the media in slot 22 is used in the acoustic frequencies consciously absorb high acoustic waves / u that son; Output area 15 / around transformer 13 back and an undesirable standing wave in the crystal 4 would result.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Akusto-optische Filteranordnung mit einem optisch doppelbrechenden Medium, durch das ein Lichtstrahl hindurchgeschickt wird, und mit einem akustischen Übertrager zur Erzeugung einer akustischen Welle in dem doppelbrechenden Medium, die von innen so gegen eine Grenzfläche des doppelbrechenden Mediums gerichtet ist, daß sich die an der Grenzfläche reflektierte akustische Welle kollinear zum Lichtstrahl ausbreitet, mit einem im Lichtweg vor dem doppelbrechenden Medium angeordneten weiteren lichtbrechenden Medium, dessen L'chtausganpsfläche parallel zur Eingangsfläche des doppelbrechenden Mediums ist, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere lichtbrechende Medium ein Prisma (2) ist, dessen Eingangsfläche (8) senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl (6) und dessen Ausgangsfläche (11) in der Nähe der Eingangsfläche (12) des doppelbrechenden Mediums (4) verläuft.1. Acousto-optical filter arrangement with an optically birefringent medium through which a Light beam is sent through, and with an acoustic transmitter to generate an acoustic Wave in the birefringent medium, which from the inside so against a boundary surface of the birefringent The medium is directed that the acoustic wave reflected at the interface is collinear spreads to the light beam, with one arranged in the light path in front of the birefringent medium another light-refracting medium, its L'chtausganpsfläche is parallel to the input surface of the birefringent medium, characterized in that that the further light-refracting medium is a prism (2) whose input surface (8) perpendicular to the incident light beam (6) and its exit surface (11) in the vicinity of the Entrance surface (12) of the birefringent medium (4) runs. 2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen der Ausgangsfläche (11) des Prismas (2) und der Eingangsfläche (12) des doppelbrechenden Mediums (4) zur Herabsetzung der Lichtreflexion ein bezüglich des Brechungsindex abgestimmtes Zwischenmedium (9) angeordnet ist.2. Filter arrangement according to claim 1, characterized in that in the space between the Output surface (11) of the prism (2) and the input surface (12) of the birefringent medium (4) to reduce the light reflection an intermediate medium matched with regard to the refractive index (9) is arranged. 3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Prismas (2) und der des doppelbrechenden Mediums (4) im wesentlichen gleich sind und einem ersten Brechungsindex ri\ entsprechen und der Brechungsindex ri2 des Zwischenmediums (9) mit dem ersten Brechungsindex /7| im wesentlichen in der Beziehung steht: 3. Filter arrangement according to claim 2, characterized in that the refractive index of the prism (2) and that of the birefringent medium (4) are substantially the same and correspond to a first refractive index ri \ and the refractive index ri2 of the intermediate medium (9) with the first refractive index / 7 | is essentially related to: 02 = Πι tan6i,02 = Πι tan6i,