DE2555162B2

DE2555162B2 - Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Bragg'scher Beugung

Info

Publication number: DE2555162B2
Application number: DE2555162A
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Fukaya; Koetsu Saito; Akinori Komae Watanabe; Tsutomu Yano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE2555162C3; GB1532250A; DE2555162A1; CA1038666A; US4037933A; JPS571809B2; JPS5199039A

Description

halb eines Bereichs liegen, in dem —τγ im wesentlichen Null ist.

3. Lichtablenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall ein Paratellurit-Kristall ist.

4. Lichtablenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein keilförmiges Zwischenstück zwischen der 110-Oberfläche des Kristalls und der Ultraschallquelle vorgesehen ist, um eine geneigte Schalleintrittsfläche zu schaffen.

Die Erfindung betrifft eine akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Braggscher Beugung, bei der der Wellenvektor der ungebeugten Lichtwelle gegenüber der 001-Achse des Kristalls um weniger als 10° geneigt ist.

über eine Lichtablenkeinrichtung dieser Art hat Warner vom Bell Laboratory, USA, im Jahre 1972 in »J. Appl. Phys.« 43, S. 4489—4495 berichtet. Diese Lichtablenkeinrichtung weisi einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad und eine große Bandbreite auf, wobei die optische Aktivität eines Tellurdioxid (TeO₂) Einkristalls ausgenutzt wird. Nach Warner wird jedoch das Licht durch eine Schallwelle gebeugt, deren Wellen vektor parallel zur 110-Achse des Kristalls liegt. Dadurch treten Probleme bezüglich des maximalen Diffraktionswirkungsgrads auf, genauer gesagt, der Diffraktionswirkungsgrad nimmt in der Nähe der Zentral- bzw. Hauptfrequenz (der Schallwelle) aufgrund einer Rediffraktion bzw. Doppelbeugung des Lichts ab.

Chang hat im Oktober 1974 in »Appl. Phys. Lett« 25, S. 370—372 von einem akusto-optischen Filter berichtet, bei dem der Wellenvektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse geneigt ist. Der Wellenvektor der ungebeugten Lichtwelle ist jedoch hier gegenüber der 001-Achse des Kristalls um mehr als 10° geneigt und fällt im Extremfall (Kolliniarität) mit der 110-Achse zusammen. Damit soll im Gegensatz zu einer akusto-optischen Lichtablenkeinrichtung άθ

(Θ = Einfallswinkel, / = Schallfrequenz)

d/
möglichst groß gemacht werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lichtablenkeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß keine Abnahme des Diffraktionswirkungsgrades in der Nähe der Hauptfrequenz auftritt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wellenvektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse auf die 001-Achse zu geneigt ist. Auf diese Weise macht sich die Erfindung zunutze, daß die Frequenz der Ultraschallwelle, bei der das durch die Schallwelle einmal gebeugte Licht nochmals gebeugt wird, außerhalb des Steuerfrequenzbereichs liegt. Der Diffraktionswirkungsgrad fällt also in der Nähe der Hauptfrequenz des Steuerfrequenzbereichs der Ultraschallwelle wegen der Verhinderung der Rediffraktion nicht ab. Gleichzeitig kann der Steuerfrequenzbereich außerordentlich groß gewählt werden. Darüber hinaus kann weitgehend linear polarisiertes Licht verwendet werden.

is Die Erfindung wird nun in Verbindung mit dem obengenannten Stand der Technik näher erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch eine bekannte TeO₂-Lichtablenkeinrichtung,

F i g. 2 den Verlauf der Einfalls- und Diffraktionswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz in der bekannte TeO₂-Lichtablenkeinrichtung,

F i g. 3 die Beziehung zwischen den Wellenvektoren bei der bekannten TeO₂-Lichtablenkeinrichtung,

F i g. 4 die Frequenzabhängigkeit des Diffraktionswirkungsgrades,

F i g. 5 schematisch eine Ausführungsforrn der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,
jo F i g. 6 die Beziehung zwischen den Wellenvektoren bei der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,

F i g. 7 und 8 den Verlauf der Einfalls- und Diffraktionswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz,

F i g. 9 die Beziehung zwischen der wirksamen Polarisationskomponente und dem Einfallswinkel,

Fig. 10 perspektivisch eine Anwendungsform der Erfindung,

F i g. 11 die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und der Frequenz,

Fig. 12 schematisch im Querschnitt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,

Fig. 13 perspektivisch eine weitere Ausfuhrungsform der eriindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung und

Fig. 14 eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung.

Zunächst wird die von Warner vorgeschlagene Lichtablenkeinrichtung mit Bezug auf F i g. 1 beschrieben. F i g. 1 zeigt eine Lichtablenkeinrichtung 1 mit einem Einkristall 2 aus Tellurdioxid und einem piezoelektrischen Wandler 3, der an der (HO)-Fläche 9 des Tellurdioxidkörpers 2 befestigt ist. Transversale Ultraschallwellen, die sich entlang der 110-Achse ausbreiten und die eine Verschiebungsrichtung entlang der <1110>-Achse aufweisen, werden dem TeO₂-Kristall 2 über den Wandler 3 zugeführt. Der einfallende Lichtstrahl 6, bestehend aus rechtsdrehendem elliptisch polarisiertem Licht, wird in den Kristall unter einem Winkel eingeführt, der geringfügig gegenüber der optischen Achse, <001>-Achse, geneigt ist, und wird der Lichtbeugung durch die transversale Ultraschallwelle ausgesetzt, die durch den Wandler 3 erzeugt wird, um einen gebeugten Lichtstrahl 8 zu b5 bilden. Restliches oder ungebeugtes Licht ist mit der Bezugszahl 7 gekennzeichnet. Dem piezoelektrischen Wandler gegenüberliegend auf der anderen Seite des Kristalls 2 ist ein Schallabsorber 4 vorgesehen.

Die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel Θ, des Lichts und der Frequenzf_a der Ultraschallwelle bei Verwendung von He-Ne-Laser-Licht mit einer Wellenlänge von 6328 Ä als einfallendes Licht in dem System der F i g. 1 ist in F i g. 2 dargestellt. Mit H_d ist der Diffraktionswinkel bezeichnet.

Folgende zwei Hauptfaktoren begrenzen den Frequenzbereich der Lichtablenkeinrichtung eines akustooptischen Lichtmodulators:

1) Bandbegrenzung I /_B aufgrund der Abweichung von der Diffraktionsbedingung mit sich ändernder Frequenz und

2) Bandbegrenzung I f_T durch die Frequenzabhängigkeit der Ultraschallenergie bzw. Ultraschallleistung infolge der Verluste beim Einführen der Schalleistung des piezoelektrischen Wandlers 3.

Bei einer TeO₂-Lichtablenkeinrichtung und einer X-Schnittplatte aus LiNbO₃ als piezoelektrischen Wandler 3 ist die Bandbegrenzung I f_T durch den piezoelektrischen Wandler 3 wegen des zuletzt genannten Ausdrucks 2 etwa 0,7mal so groß wie die Frequenz f_R des piezoelektrischen Wandlers 3. Andererseits kann die Bandbegrenzung . I f_B aufgrund der Frequenzabweichung von der Diffraktionsbedingung wegen des ersteren Ausdrucks 1 aus dem Diffraktionswinkel I θ_α (etwa 3 dB) der Schallwelle erhalten werden, der sich aus

I 6>„ = 0,9 υ/f. L

U)

ergibt, wobei

!■ = Schallgeschwindigkeit in dem Medium und L = Länge des Wandlers.

In dem Frequenzbereich, in dem der Einfallswinkel in F i g. 2 im Medium ist, ändert sich der Einfallswinkel, der die Diffraktionsbedingung erfüllt, wenig, selbst wenn sich die Frequenz ändert. Somit wird eine breitbandige Lichtablenkeinrichtung geschaffen, indem der Einfallswinkel bei dem Wert 0_m + I BJl oder in dessen Nähe eingestellt wird, wobei C-)_m das Minimum des Einfallswinkels ist.

Bei Frequenzen, bei denen der Einfallswinkel den geringsten Wert einnimmt, wie dies aus der Wellenvektorbezeichnung de£ F i g. 3 ersichtlich ist, wird das einfallende Licht k-, durch die transversale Ultraschallwelle K_a gebeugt und erzeugt gebeugtes Licht k_d, wobei die Beziehung /c_; ±±K_a = k_d erfüllt ist und wobei der durch k_d und K_a gebildete Winkel ein rechter^Winkel ist. Daher kann das einmal gebeugte Licht k_d erneut gebeugt werden, wenn die Bedingung k_d + K_a - k_dd erfüllt ISt₁Jm Ergebnis wird ein doppelt gebeugter Lichtstrahl k_dd erzeugt, und zwar auf der dem einfallenden Licht k; gegenüberliegenden Seite.

Bei einer bekannten Lichtablenkeinrichtung wird die Frequenz f_dd zum Erzeugen der Rediffraktion durch

Jdd =

ausgedrückt, wobei

/. = Wellenlänge des einfallenden Lichts im

Vakuum und

Hf und /i₍₎ = Brechungsindizes für das Medium für das einfallende bzw. gebeugte Licht.

In der Praxis beträgt die Rediffraktionsfrequenz f_dd für Licht mit einer Wellenlänge von 6328 Ä etwa 38MHz.

Daher besteht eine Frequenzabhängigkeit des Dif-

ί fraklionswirkungsgrades gemäß Kurve a in F i g. 4. Die Abnahme des Diffraktionswirkungsgrades bei der Rtdiffraktionsfrequenz erscheint oberhalb des Wirkungsgrades von 40%.

Der maximale Diffraktionswirkungsgrnd innerhalb

ίο der 3dB-Frequenzbandbreite wird auf etwa 70% unterdrückt, wie sich dies aus Kurve b in F i g. 4 ergibt., und außerdem wird die Abnahme bei der Hauptfrequenz merklich.

Dieses Phenomen ist nicht auf Tellurdioxid beschränkt, sondern tritt auch bei der anisotropen Bragg-Diffraktion in anderen anisotropen Medien auf und stellt eines der größten Probleme und Nachteile der Lichtablenkeinrichtungen dar, die die anisotrope Bragg-Diffraktion ausnützen.

Außerdem verringert sich die wirksame Polarisationskomponente, und der Diffraktionswirkungsgrad nimmt ab, falls nicht rechtsdrehendes elliptisch polarisiertes Licht mit einer Elliptizität von etwa 0,8 als einfallendes Licht für die Lichtablenkeinrichtung verwendet wird. Daher sind bei Verwendung von Laser-Licht, das im allgemeinen linear polarisiert ist, besondere optische Einrichtungen wie beispielsweise eine /./4-Plattc, zum Umwandeln von linear polarisiertem Licht in elliptisch polarisiertes Licht erforderlich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung soll die oben beschriebene Lichtablenkeinrichtung verbessert und die oben beschriebenen Nachteile sollen vermieden werden. Obwohl die Erfindung nicht auf Lichtablenk-

J5 einrichtungen mit TeO₂-Kristallen beschränkt ist, wird die folgende Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen mit TeO₂-Kristallen vorgenommen, bei denen der Effekt außerordentlich groß ist. F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Licht-

■to ablenkeinrichtung 1, in derein piezoelektrischer Wandler 3 auf einer Fläche befestigt ist, die um einen Winkel G₁₁ gegen die (HO)-Ebene eines TeO₂-Kristalls 2 geneigt ist. Daher unterscheiden sich die Richtungen der Wellenfrontnormalen und der Energieausbreitung einer Schallwelle 11 außerordentlich stark (Winkel γ — θ_α zwischen den zwei Richtungen). Ein Schallabsorber 4 ist auf der anderen Seite des TeO₂-Knstalls 2 befestigt, die der Fläche gegenüber liegt, an der der piezoelektrische Wandler 3 befestigt ist. Ein

so Einfallslichtstrahl 6 fällt auf einer Fläche 10 ein, die unter einem Winkel 6>, geneigt ist, und ein ungebeugter Lichtstrahl 7 und ein gebeugter Lichtstrahl 8 werden aus dem einfallenden Licht durch die Wechselwirkung mit der Schallwelle 11 erzeugt.

In diesem Fall ist die Beziehung der Wellenvektoren der Schallwelle 11, des Einfallslichtstrahls 6 und des gebeugten Lichtstrajijs 8 so wie in F i g. 6 dargestellt. Der Wellenvektor K_a der Schallwelle ist nicht mehr parallel^zu der jy 10>-Achse und wird durch einen Pjeil AB oder BC dargestellt, und der Wellenvektor kj des Einfallslichtstrahls ist um einen Winkel 0,-gegen jiie 001>-Achse geneigt und wird durch einen Pfeil OA dargestellt. Der Wellenvektor der gebeugten Welle k_d wird dargestellt durch

k_d = % + K = OA + AB = OB.

Die Beziehung des Einfallswinkels (der Winkel zwischen der Ausbreitunasrichtune des Lichts und

der 001 -Achse) und der Frequenz kann durch ein Computerprogramm berechne! werden, das auf folgenden Gleichungen (2) bis (6) beruht:

sin W₁ — n₂ sin H₂ = /„ /. cos W₁₁T(W₁₁)

(2)

n, cos O₁ - H₂ cos H₂ = - /„ /. sin W₁₁Zr(W₁₁) (3)
_n\ = „I,,;. (1 + ^)²Z(H₁-COS²W₁ + h², sin ²O₁) (4)
n\ = nl (1 - ^)²Z[COS²W₂ + (1 - 0)²sin²W₂] (5)
i-(«J = [!(C₁₁ - C₁₂) cos²W„/2 + C₄₄ sin ²W,,;./,,]¹;

wobei

(6)

/ι, und ;i₂ = Brechungsindizes für die einfallenden bzw. gebeugten Lichtstrahlen,

/I₀ und /I₁. = Brechungsindizes für die ordentlichen bzw. außerordentlichen Lichtstrahlen, die sich entlang der 110 -Achse ausbreiten.
-ι = Drehungskonstante,
C₁₁, C₁₂ und C₄₄ = Elastizitätskonstante gemäß der

üblichen Notation,
/„ = Frequenz der Schallwelle.
/. = Wellenlänge des Lichts im Vakuum und

''(WJ = Phasengeschwindigkeit der Schallwelle, wenn die Richtung der Wellenfrontnormalen der transversalen Schallwelle um einen Winkel H₁₁ von der 110 Achse gegen die 001 -Achse geneigt ist.

Die Ergebnisse der Berechnung sind in den F i g. 7 und 8 dargestellt. F i g. 7 zeigt den Einfalls- und den Beugungswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz bei Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von /. = 6328 Λ und einem Winkel W₁₁ = 6 .

In F i g. 7 zeigen jeweils in Abhängigkeit von der Frequenz /„ die Kurven α und b den Verlauf des Einfallswinkels W₁. die Kurven ά und W den des Diffraktionswinkels W₁, entsprechend den Kurven a bzw. b und die Kurven c und c\ den des Einfallswinkels Hj und des Diffraktionswinkels W₁,, wenn der Winkel W₁₁ Null ist, d. h.. wenn sich die Schallwelle entlang der 110 -Achse ausbreitet. Wenn W₁₁ = 6 . so beträgt die Frequenz zur Erzeugung der Rcdiffraklion etwa 1 1 1 MHz. und das Extrcmum der Kurve ei. ti. h. die Frequenz, bei der das Differential des Einfallswinkels bezüglich der Frequenz (d W/d./„) Null wird, tritt bei 70MHz auf. Wenn daher die Länge/, des piezoelektrischen Wandlers 3 5 mm beträgt, ist der Diffraktionswinkcl der Schallwelle I W₁₁ etwa 0,096 aus der Beziehung I H₁₁ =-- 0,9 ν / ■ L, so daß die Frequenzbandbreite I I), der Lichlablenkcinrichtung. die diesem Winkel entspricht, etwa 55 MHz (zwischen 47 und 102 MHz) groß wird. Es sei festgestellt, daß die Frequenz zur Erzeugung der Rciliffraklion eiwa I I I MH/ beträgt und außerhalb des obenerwähnten Bereiches ist. und daher tritt kein Abfall in eier I requen/abhängigkeit eles Diffraklionswirkunusgrailes auf. und gute Kennlinien können erreich! werden. In der Praxis ist es wirkungsvoller, den I ichleinfallswinkel innerhalb eines Winkelgrades

Andererseits stimmen bei bekannten Verfahren das Extremum und die Frequenz der Rediffraktion überein, und diese Frequenz ist mit 38 MHz niedrig. In diesem Fall beträgt die Bandbreite I /₇ für den piezoelektrischen Wandler 3 etwa 0,7 f_R und hat die Größenordnung von etwa 26 MHz, da die verwendete Schallfrequenz außerhalb der Resonanzfrequenz/_K des piezoelektrischen Wandlers 3 etwa auf das Exiremum eingestellt ist. Wenn die Länge L, in der die Wechselwirkung zwischen dem Licht und der Ultraschallwelle auftritt, etwa 5 mm beträgt, so wird die Bandbreite auf Grund der Abweichung von der Diffraklionsbedingung etwa 41 MHz. Da diese Bandbreite breiter ist als 26 MHz, die durch die Bandbreite I /Y des piezoelektrischen Wandlers 3 begrenzt ist. wird die tatsächliche Bandbreite geringer als 26 MHz

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird jedoch ein Vorteil dadurch erzielt, daß die Bandbreite größer wird, da I /„ = 55 MHz und \f_T = 49 MHz

F i g. 8 zeigt die Kennlinien, wenn der Winkel W₁₁ der durch die Oberfläche gebildet wird, auf der der piezoelektrische Wandler 3 befestigt ist, und die (llO)-Ebene verändert werden. Wenn der Winkel W₁ groß wird, werden die Frequenzen des Extrcmums und die Rediffraktion groß. Außerdem wird die Frequenzdifferenz zwischen den Frequenzen des Extrcmums und der Rediffraktion ebenfalls groß. Dahei entfern! sich die Rediffraktionsfrequenz weiter außerhalb des Bandes. Daher is! es möglich, einen Lichtmodulator oder eine Lichtablenkeinrichtung zu schaffen, die breitbandigcrsind und eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit bei zunehmendem W₁₁ aufweisen. Be der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung ist es nicht erforderlich, einen Laser-Lichtstrahl als einfallenden Lichtstrahl in elliptisch polarisiertes Lieh mit Hilfe einer /./4-Platte usw. umzuwandeln, wie die; bei bekannten Lichtablenkeinrichlungen erforderlich ist. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Reduk tion der Oberflächcnrcflexion des Lichts, zu einei leichten Ausrichtung der optischen Achsen usw.

F i g. 9 zeig! die Abhängigkeil der effektiven PoIa risationskomponente vom Winkel, der durch die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts und die i-Achse in dem Kristall gebildet wird. Die effektive Polarisationskomponente ist die Komponente, die effektiv in dem Kristall gebeugt wird, wenn ein lineal polarisierter Lichtstrahl mit einer Polarisation in dci 110 -Richtung außerhalb des Kristalls (die Polarisation entsprechend dem außerordentlichen Strah in dem Kristall) in den Krislall geführt wird. Falls beispielsweise der Winkel W₁₁ auf oberhalb 6 eingestellt ist. so beträgt der Einfallswinkel, bei dem das Ex tremum in dem Kristall auftritl, etwa 4^r. Gemäf. F i g. 9 können über 96% des einfallenden Lichts bc / = 6328 A und über 90% sogar bei /. = 4880 A für die Diffraktion ausgenutzt werden.

Dies sollte mit der Tatsache verglichen werden daß bei bekannten Verfahren zur Verwendung vor elliptisch polarisiertem Licht (F.lliptizität in der Grö ßcnordnung von etwa 0,9) eine Anzahl Phascnplatter verwendet werden müssen, und der Lichtvcrlust ir diesem Fall 10% übersteigt. Bei Ausnutzung dci erfindungsgcmäßcn Erkenntnisse kann somit das einfallende Licht außerordentlich wirksam ausgcnutz werden.

Außerdem ist es besonders vorteilhaft, daß be Verwendung eines Paars in Reihe geschalteter Licht iiblenkcinrichlungen I und Γ zur Erzeugung einci

in der Nähe des Winkels einzustellen, bei dem das erwähnte Differential d θ/df Null wird,
zweidimensionalen Ablenkung die Verwendung optischer Phasenplatten nicht erforderlich ist. Gemäß F i g. 10 weist der aus der ersten Stufe gebeugte Strahl eine um den Winkel 90° gedrehte Polarisationsebene gegenüber der des einfallenden Lichts auf und fällt als der außerordentliche Strahl auf die Lichtablenkeinrichtung der zweiten Stufe. Dabei sind somit ebenfalls keine Phasenplatten usw. zwischen der ersten und der zweiten Stufe erforderlich. Die Lichtreflexion ist natürlich sehr gering. In F i g. 10 sind piezoelektrische Wandler 3 und 3' an den zwei TeO₂-Kristallen befestigt und werden durch eine Leistungsquelle angesteuert. Die Polarisationen des Lichts werden durch Pfeile 14 und 14' dargestellt, und der abgelenkte Lichtstrahl wird auf einem Schirm 13 betrachtet.

Andererseits wurde bereits über akusto-optische Filter unter Verwendung von Tellurdioxidkristallen berichtet, wobei die Richtungen der Schallwellenfrontnormalen und die der Ausbreitung der Schallenergie unterschiedlich sind, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, und zwar in

1. Frühjahrstagung der japanischen Gesellschaft für angewandte Physik (Beitrag Nr. 3aA4) und

2. I. C. C h a η g, Applied Physics Letters, VoI 25, Nr. 7, 1974.

Bei diesen bekannten Verfahren werden jedoch Einfallswinkel und Frequenz gemäß C oder D in F i g. 11 verwendet und nicht Parameter in den Bereichen A und B.

In den Bereichen C und D beträgt der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem Kristall und der <001>-Achse über 10°, während der Winkel gemäß der Erfindung weniger als 10° beträgt. Ein anderer großer Unterschied zwischen den akustooptischen Filtern und der vorliegenden Lichtablenkeinrichtung ist darin zu sehen, daß es für akustooptische Filter um so günstiger ist, je größer das Differential d θ/df des einfallenden Winkels relativ zu der Frequenz ist, da ein größerer Wert zu einer schmaleren Spektralbreite führt. Daher wurden bei den genannten akusto-optischen Filtern die Bereiche C und/oder D ausgewählt.

Andererseits ist es bei einer Lichtablenkeinrichtung um so besser, je kleiner der Wert |d 6>/d/| ist. Die Bereiche A oder B werden herangezogen, um ein großes Steuerfrequenzband zu erhalten.

Wie oben beschrieben weist die erfindungsgemäße Lichtablenkeinrichtung die folgenden Vorteile auf:

1. guter Frequenzgang ohne Abfall des Diffraktionswirkungsgrades in dem Steuerfrequenzband,

2. Breitbandigkeit der Lichtablenkeinrichtung, da die Hauptfrequenz hoch eingestellt werden kann,

3. Verwendung von linear polarisiertem Licht als einfallendes Licht, ohne daß Phasenplatten erforderlich sind,

4. eine beliebige Hauptfrequenz kann durch Ändern des Winkels θ_α ausgewählt werden und

5. geringer Leistungsbedarf beim Ansteuern wegen der Verwendung eines Tellurdioxid-Einkristalls als Lichtablenkmedium mit einem außerordentlich hohen Diffraktionswirkungsgrad.

Insbesondere werden die folgenden Wirkungen erzielt :

1. Die Richtungen der Normalen der Schallwellenfront und der Energieausbreitung sind wesentlich verschieden. In dem ReO₂-Kristall beträgt beispielsweise der Unterschied etwa 20 bei (■),, = 2 und etwa 45° bei θ_α = 6°. Daher sind die Formen des Schallabsorbers und des Ablenkmediums nur erforderlich, um zu verhindern, daß die Schallwelle auf der Fläche auftrifft, aus der das Licht austritt.

ίο 2. Die Schallgeschwindigkeit erhöht sich, wenn die Schallwellenfront von der <110>-Achse verschoben wird, und zwar beispielsweise um das l,056fache bei β_α = 6°. Obwohl sich daher der akusto-optische Wert um etwa 15% verringert, ist die für 100%ige Diffraktion erforderliche Leistung in der Größenordnung von mehreren hundert Milliwatt.

Im folgenden werden weitere Ausführungsformen kurz beschrieben.

Ausführungsform 2

Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 wird ein Tellurdioxid-Kristall als Medium verwendet, jedoch wird die Kennlinie b der F i g. 7 anstelle der Kennlinie α verwendet. In diesem Fall unterscheiden sich auch die Frequenzen des Extremums und der Rediffraktion (obwohl das Extremum bei einer höherer Frequenz liegt als das der Rediffraktion), und daher

jo wird eine breitbandige Lichtablenkeinrichtung erhalten, die keinen Abfall des Diffraktionswirkungsgrades zeigt.

Ausrührungsform 3

Gemäß F i g. 12 ist die Einfallsebene geneigl (schräger Einfall), um den Brewster-Einfallswinke: zu erhalten, und der durch die Ausbreitungsrichtunj des Lichts in dem Kristall und die <001>-Achse gebildete Winkel ist gleich oder ungefähr gleich dem Winkel, bei dem ein Extrem auftritt. Die Reflexion des Lichts kann durch diese Anordnung minimalisieri werden.

Ausfuhrungsform 4

Gemäß Fig. 13 ist die Austrittsfläche gegen die c-Ebene zur <110>-Achse hin geneigt. Die Licht· reflexion an der Austrittsfläche ist weitgehend gleich Null, so daß eine weitgehend von Lichtreflexionsverlusten freie Lichtablenkeinrichtung erhalten wird

Ausführungsform 5

Bei den Anordnungen der oben beschriebener Ausführungsformen 1 bis 4 wurden anisotrope Kri stalle aus LiNbO₃, PbMoO₄, CaMoO₄, HIO₃ usw anstelle des TeO₂-Einkristalls als akusto-optische Medium verwendet. Ähnliche Effekte können ii diesen Fällen ebenfalls erhalten werden.

Um die Schallwellenfrontnormale von der <110> Achse zu verschieben, wurden die durch einen piezo elektrischen Wandler erzeugte Wellenfront aus de (HO)-Ebene in den vorbeschriebenen Ausführungs formen geneigt. Anstelle dieser Anordnungen kam zwischen dem piezoelektrischen Wandler und den Ablenkmedium 2 gemäß Fig. 14 ein keilförmige

b5 Schallwellenübertragungsmedium 14 angeordnet sein Diese Anordnung erzeugt ähnliche Effekte wie da Neigen der Fläche auf der der piezoelektrische Wand ler 3 befestigt ist.

809 530/4C

Hierzu 7 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Braggscher Beugung, bei der der Wellenvektor der ungebeugten Lichtwelle gegenüber der 001 -Achse des Kristalls um weniger als 10° geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendetektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse auf die 001-Achse zu geneigt ist.

2. Lichtablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel θ_} des Vektors der ungebeugten Lichtwelle gegenüber der 001-Achse und die Schallfrequenz /„ inner-