DE2105345A1 - Lichtablenker - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Getelhthaft mbH

Böblingen, den 28. Januar 1971

pr-sz

Anmelderin:

Ämtliches Kennzeichens

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderins Docket YO 969 073

Liehtablenker

Die Erfindung betrifft einen Liehtablenker mit einem einen Strahl steuerbar ablenkenden, steuerbar beeinflußbaren flächenförmigen Be reich.

Es sind Anordnungen sur steuerbarer, Ablenkung eines Lichtstrahls bekannt, bei denen der Lichtstrahl auf steuerbar beweglich angeordnete Spiegel mit möglichst kleiner Masse fällt und als Funktion der jeweiligen Winkellage dieser Spiegel abgelenkt wird. Derartige Anordnungen werden beispielsweise als Schleifenoszillographen verwendet. Zur Erhöhung der Ablenkgeschwindigkeit wurden Anordnungen gebaut, bei denen die Spiegel nicht wie bei den oben erwähnten Schleifenoszillographen durch beweglich angeordnete stromdurchflossene Spulen oder Schleifen sondern durch piezoelektrische Elemente bewegt wurden. Auch die Ablenkgeschwindigkeit der zuletzt genannten Anordnungen ist relativ gering, da piezoelektrische Elemente bei höheren Ablenkgeschwindigkeiten anstelle einer einzigen Einstellbewegung eine ganze Reihe von Schwingungen ausführen, die die Verwendung dieser Anordnungen in den meisten Fällen ausschließen.

In den US Patentschriften 3 297 876 und 3 174 044 werden Anord-

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ORIGINAL INSPECTS*

nungen beschrieben, bei denen ein Lichtstrahl an einer im Inneren eines Körpers oder einer Flüssigkeit verlaufenden Welle gestreut wird, um entweder moduliert oder abgelenkt zu werden. Diese Anordnungen sind kompliziert und erlauben die Ablenkung eines Lichtstrahls nur in einer Dimension. Da das die die Ablenkung des Strahls bewirkende Welle im Innern weiterleitende Element relativ viel Raum beansprucht, sind derartige Anordnungen auch zur Verwendung im Inneren des Resonators eines Lasers nur bedingt geeignet.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine einfache Anordnung mit kurzer Ansprechzeit und geringen Abmessungen anzugeben, durch die die oben genannten Nachteile vermieden werden können . Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Lichtablenker mit einem einen Strahl steuerbar ablenkenden steuerbar beeinflußbaren flächenförmigen Bereich gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen den den abzulenkenden Strahl beeinflussenden, vorzugsweise teilspiegelnden oder spiegelnden Bereich tragenden "and zumindest in diesem Bereich zu Oberflächenwellen anregbaren Körper und durch mindestens einen Wandler zur steuerbaren Eingabe von den den Strahl beeinflussenden Bereich Gittereigenschaften verleihenden Oberflächenwellen, deren Länge die Ablenkung des Strahls in einer Dimension bestimmt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch mehrere, vorzugsweise halbkreisförmig angeordnete Wandler zur Eingabe von in verschiedenen Richtungen verlaufenden Oberflächenwellen, deren Richtung die Richtung des abzulenkenden Strahls in einer zweiten Dimension bestimmt.

Eine andere Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der die Oberflächenwellen eingebenden Wandler zur Veränderung der Ablenkrichtung steuerbar veränderbar ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß der den den abzulenkenden Strahl be-

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einflussenden Bereich tragende Körper aus einem piezoelektrischen Kristall besteht. Die den den Strahl beeinflussenden Bereich tragenden Körper können beispielsweise als Quader oder als Prismen ausgebildet sein. Die Wandler können entweder an der gleichen Fläche wie der den abzulenkenden Strahl beeinflussende Bereich oder an anderen, beispielsweise diesen gegenüberliegenden Flächen angeordnet sein.

Sine besonders vorteilhafte Apsbildungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Eingabe der Oberflächenwellen bewirkenden Wandler elektroakustische, vorzugsweise piezoelektrische Wandler sind.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnt, daß der den Strahl beeinflussende Bereich als einer der beiden einen Laser-Resonator begrenzenden Spiegel ausgebildet ist.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungs-

beisjaiels des erfindungsgemäßen Lichtablenkers.

Fig. 2 die Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Licht- a

ablenkers als Element eines Laser-Resonators.

Fig. 3 die schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Lichtabienker besteht aus einem als Trägerelement dienenden Kristall 10, der zur Aufnahme und Weiterleitung von im akustischen Bereich liegenden Oberflächenwellen . geeignet ist. Vorzugsweise ist dieser Kristall piezoelektrisch und besteht beispielsweise aus einem in c-Richtung geschnittenen Zinkoxyd- oder Cadmiumsulfidkristall, bzw. aus einem Lithiumnib-

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bat- oder Quarzkristall. Die erstgenannten beiden Kristalle sind akustisch isotrop, während bei den beiden zuletzt genannten Kristallen eine Kompensation zur Berücksichtigung der Winkelanisotropien erforderlich ist. Auf einer Fläche des Kristalls 10 sind akustische Wandler 12-1 - 12-n halbkreisförmig angeordnet, die vorzugsweise aus ineinander verschachtelt angeordneten kammartigen, durch photolithographische Verfahren aufgebrachten Elektroden bestehen.

In der Mitte des durch die Wandler 12-1 - 12-n gebildeten Halbkreises ist. eine reflektierende Schicht 14 auf der Fläche des Kristalls 10 angeordnet. Diese Fläche kann aber auch an einer beliebigen anderen Stelle liegen.

Die reflektierende Schicht 14 wirkt als Spiegel. Jeder der Wandler 12-1 - 12-n kann wahlweise mit einer Signalquelle 16 verbunden werden. Zur Vereinfachung der Darstellung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Schalter 18 als ein mechanischer Vielfachschalter dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, die Verbindung durch beliebige andere Mittel zu bewirken. Die Signalquelle 16 erzeugt ein aus im Mikrowellenbereich liegenden Wellen bestehendes Signal. Wird einer der Wandler 12-1 - 12-n mit der Signalquelle 16 verbunden, so erzeugt er Deformationswellen, die durch den spiegelnden Bereich 14 in einer radialen Richtung verlaufen, die von der Lage des erregten Wandlers abhängt. Fällt ein von einem nicht dargestellten Laser erzeugter Strahl 30 in der in Fig. 1 dargestellten Weise auf den reflektierenden Bereich 14, so wird er, sofern einer der Wandler 12-1 bis 12-n erregt ist, abgelenkt, da die diesen Bereich durchsetzenden Oberflächenwellen eine periodische Deformation seiner Fläche bewirken, so daß er als ein Phasengitter wirkt. Ein Phasengitter beugt einem Strahl' in eine Vielzahl von Ordnungen, wobei die Winkellage der n-ten Ordnung durch die Beziehung

sin0_n - nj[ - n* f

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gegeben ist, wobei Θ der Beugungswinkel der η-ten Ordnung, Λ, ν und f die Länge der Deformationswelle, die Geschwindigkeit und die Frequenz und λ die Länge der optischen Strahlung ist. Die Verteilung der Intensitäten des gebeugten Lichtes folgt einer Bessel-Funktion, wobei die erste Ordnung (n = 1 oder η = -1) des gebeugten Strahles die wichtigste ist. Durch Veränderung der auch als akustische Frequenz bezeichneten Deformationswellenfrequenz durchläuft der gebeugte Strahl der Ordnung η = 1 einen durch die Beziehung

^ΔΘι - ₁
gegebenen Winkel. '

Durch Wahl der geeigneten Frequenz f kann die Winkellage des gebeugten Strahles in einer Dimension definiert werden. Duch Verbindung der Signalquelle 16 mit einem bestimmten Wandler X2-1 bis 12-n wird die Lage des gebeugten Strahls in einer zweiten Dimension definiert.

Der in Fig. 1 dargestellte Lichtablenker kann als einer der beiden einen Laser-Resonator begrenzenden Spiegel verwendet werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Resonator beiderseits durch Lichtablenker gemäß Fig. 1 zu begrenzen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist eine Laser-Substanz 20 in einem Reso- j nator angeordnet _t der an der einen Seite in an sich bekannter Weise durch einen üblichen Resonator-Spiegel 22 begrenzt ist. Der reflektierende Belag an Kristall 10 dient als zweiter Resonatorspiegel. Durch Anregung der Laser-Substanz 20 entsteht eine stimulierte Emission, die Innerhalb des Resonators hin und her reflektiert wird. Durch Zufuhr eines Signals mit einer bestimmten Frequens von der Signalquelle 16 zu einem bestimmten Wandler kann eine Verschiebung der Strahlung innerhalb des Resonators oder eine Ablenkung dieser Strahlung aus dem Resonator in einer gewünschten Richtung bewirkt werden.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist die reflektierende Schicht 14 an der gleichen Fläche wie die Wandler 12-1 bis 12-n angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Wandler 12-1 bis 12-n an der anderen Seite des Kristalls anzubringen.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung besteht aus einem Kristall 10, der die Form eines Prismas hat, an dessen Grundfläche 24 die reflektierende Schicht 14 angeordnet ist. Einer oder mehrere Wandler 12-1 bis l«-n sind an der Hypotenusenfläche 26 des Prismas angeordnet. Wird keiner der Wandler erregt, so wird ein die Fläche 28 durchsetzender und von innen an der Fläche 26 zur reflektierenden Schicht 14 reflektierter Strahl in sich selbst zurückreflektiert HKd verläuft auf dem gleichen Weg. Wird ein Wandler er tee , so wird die innere Reflektion wegen der periodischen Di formation der Fläche 26 gestört, so daß der Lichtstrahl aus der Fläche 26 unter einen Winkel austritt, der durch die akustische Frequens der die Fläche 26 durchlaufenden Oberflächenwellen definiert ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sind die Wandler entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Anordnung mit einer nicht dargestellten Signalquelle verbindbar.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die Wandler 12-1 12-n so angeordnet, daß der Lichtstrahl in radialer Richtung innerhalb eines ganzen Kreises abgelenkt werden kann.

Für andere Anwendungen können die Wandler in anderer Weise angeordnet werden. Wird beispielsweise eine Ablenkung nur in einer Richtung gewünscht, so genügt ein einziger Wandler am Kristall

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Claims (10)

1. - 7 PATENTANSPRÜCHE

   Lichtablenker mit einem einen Strahl steuerbar ablenkenden steuerbar beeinflußbaren flächenförmigen Bereich, gekennzeichnet durch einen den den abzulenkenden Strahl beeinflussenden, vorzugsweise teilspiegelnden oder spiegelnden Bereich (14) tragenden und zumindest in diesem Bereich zu Oberflächenwellen anregbaren Körper (10) und durqh mindestens einen Wandler (12-1, 12-2, ... 12-n) zur steuerbaren Eingabe von dem den Strahl beeinflussenden Bereich Gittereigenschaften verleihenden Oberflächenwellen, deren Länge die Ablenkung des Strahls in einer Dimension bestimmt.
2. 2. Lichtablenker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere, vorzugsweise halbkreisförmig angeordnete Wandler (12-1, 12-2, ... 12-n) zur Eingabe von in verschiedenen Richtungen verlaufenden, Oberflächenwellen, deren Richtung die Richtung des abzulenkenden Strahls in einer zweiten Dimension bestimmt.
3. 3. Lichtablenker nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der die Oberflächenwellen eingebenden Wandler (12-1, 12-2, ... 12-n) zur Veränderung der Ablenkrichtung steuerbar veränderbar ist.
4. 4. Lichtablenker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der den den abzulenkenden Strahl beeinflussenden Bereich (14) tragende Körper (10) aus einem piezoelektrischen Kristall besteht.
5. 5. Lichtablenker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der den den abzulenkenden Strahl beeinflussenden Bereich (14) tragende Körper (10) ein Quader ist.
6. 6. LichtablenkäX nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4,

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   dadurch gekennzeichnet, daß der den den abzulenkenden Strahl beeinflussende Bereich (14, 26) tragende Körper (10) ein Prisma ist.
7. 7. Lichtablenker nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler an der gleichen Fläche wie der den abzulenkenden Strahl beeinflussende Bereich (14, 26) angeordnet sind.
8. 8. Lichtablenker nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Wandler (12-1, 12-2, ... 12-n) an einer anderen als der den den abzulenkenden Strahl beeinflussende Bereich (14, 26) tragenden Fläche angeordnet ist.
9. 9. Lichtablenker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Eingabe der Oberflächenwellen bewirkenden Wandler (12-1, 12-2, ... 12-n) elektroakustische, vorzugsweise piezoelektrische Wandler sind.
10. 10. Lichtablenker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der den Strahl beeinflussende Bereich als einer der einen Laser-Resonator begrenzenden Spiegel ausgebildet ist.

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