190853. lajstromszámú szabadalom • Zavaró akusztikai elektrooptikai fénymodulátor
1 190.853 2 A találmány tárgya zavaró akusztikai hatáscsökkentett longitudinális elektrooptikai fénymodulátor, amely elsősorban nagy teljesítményű szilárd test lézerek kapcsolására alkalmas. Nagv teljesítményű, a látható tartományban (0,3- l-l.«m) működő szilárdtest lézerek kapcsolására egyszerű technológiával elkészíthető, téglatest alakú O0Z metszetek és az elektromos tér homogenizálása szempontjából előnyős hengeres metszetek bizonyultak a legalkalmasabbnak a jelenleg ismert fénymodulátorok közűi. Ezek előnye elektromos vezérelhetőségük, gyors ( 10 * s) es szabályozó kapcsolhatóságuk, oldatból való növesztésük révén elérhető jó optikai minőségük, magas optikai terhelhetőségük, a kialakítható nagy apertúrak. valamint az optikai tengely menti fényterjedés által biztosított egyszerű felépítésük. A 07 metszetű longitudinális elektrooptikai fénymodulátorokkal végzett kapcsolást az alkalmazások többségében az egykristályokban az optikai tengely mentén alkalmazott elektromos tér által piezoelektromosán keltett rugalmas deformáció feszültségoptikai hatása korlátozza. A modulátorkristályok oldalfelületeiről a kiegyenlítetlen mechanikai feszültségek miatt feszültségkioldó akusztikai hullámok indulnak a modulátorkristály belsejébe. A zavaró akusztikai hullámok feszültségoptikai hatása futási idejük által meghatározott késéssel megkettőzi, sőt az apertúrának a felületi hullámforrásokhoz képest aszimmetrikusan elhelyezkedő pontjaiban megsokszorozza a vezérlés által közvetlenül kiváltott hatást, ezzel elrontva a lineáris elektrooptikai effektus által elérni kívánt lineáris retardáciő-vezérlőfeszültség kapcsolatot, az egyértelmű szabályozhatóságot, ami a fénymodulátor működését igen hátrányosan befolyásolja. A zavaró akusztikai hatások csökkentésére számos megoldás ismert. Ezek egy részében a modulátorkristályok mechanikai megszorításával igyekeztek a deformációk kialakulását megakadályozni Ilyen megoldást ismertet a 3 454 325 számú USA-beli szabadalmi leírás. A modulátorkristály megszorításával kiváltott merevítése a deformációhullámok amplitúdójának tényleges csökkenéséhez vezet, ez az akusztikai hullámok sebességének a megoldás révén kiváltott nagymértékű növekedése azokban az egyedi impulzusokkal vezérelt kapcsolásokban is kedvezőtlen lehet, amelyekben egyébként az akusztikai hatás a hullámok késése miatt nem okoz zavarokat. Ugyancsak káros a kristályok megszorításával keltett statikus mechanikai feszültségek fénykioltást korlátozó hatása is. További, eredményesen használt ismert megoldás szerint a modulátorkristályok oldalfelületeit akusztikai impedanciaillesztett rétegekkel vonják be. Ilyen megoldás ismerhető megT.A. Kuzovkova és társai, OPM. 44. szám 57-59. oldaláról (1977). Nemcsak a kristályon már egyszer áthaladt hullámok visszaverődése csökken, hanem a felületi rétegekből a gerjesztés során a kristályokból kifelé indult akusztikai hullámok visszaverődése is, míg szabad határfelület esetén ezek a hullámok 100%ban visszaverődnek. A megoldás hiányossága egyrészt a 2 modulátorkészítés technológiájának bonyolulttá válása, másrészt a csillapítás csekély mértéke, ami legkedvezőbb esetben is csupán 50%-ot ér el. Az alkalmazható akusztikai illesztőanyagok közül a viszonylag rideg műgyanták megszilárdulásuk során a modulátorkristályok megszorításához vezetnek. Rugalmas anyagok, például szilikongumi felvitele csak a vezérlés alacsonyfrekvenciás összetevői által keltett akusztikai hullámokat csillapítja. A nagyfrekvenciás összetevő csillapítására alkalmas ismert megoldásban a modulátorházat viszkózus folyadékkal töltik ki, és a folyadék alkalmas megválasztásával az optikai reflexiókat csökkentő immerziós közeg szerepe is betölthető. A megoldás hátránya, hogy nagy energiájú lézerkapcsolásra alkalmas, nagy optikai terhelhetőségű folyadékok tudomásunk szerint nem állnak rendelkezésre. A találmánnyal célunk olyan longitudinális elektrooptikai fénymodulátor létrehozása, amelynek működését a gerjesztéskor keletkező akusztikai hullámok nem, vagy csak igen kis mértékben zavarják a fénymodulátor geometriai kialakításának és elrendezésének köszönhetően. A kitűzött feladatot zavaró akusztikai hatáscsökkentett elektrooptikai fénymodulátorral oldottuk meg, amelynek polarizátorok közé helyezett modulátorkristálya van, amelynek a modulálandó fénysugárnyalábra merőleges oldalfelületein elektródák vannak felhelyezve. Ezt a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy a modulátorkristály oldallapjai oly módon orientáltak, hogy az oldallapok minimális amplitúdójú akusztikai hullámgerjesztést eredményező szöget zárnak be, a kristálytani tengelyekkel. A találmány értelmében előnyös, ha a modulátorkristály egymásra nem merőleges sík lapokkal határolt apertúrájú egykristály. A találmány szerinti elektrooptikai fénymodulátorban a zavaró akusztikai hullámok jelentősen, hozzávetőlegesen fél nagyságrenddel csökkennek. További hatáscsökkentést tesz lehetővé a modulátorkristály olyan kiviteli alakja, amelynél az apertúra egymásra nem merőleges síklapokkal határolt, mivel ez lehetővé teszi a viszonylag nagy amplitúdójú sarokoldalsáv hullámok hatásának szétválasztását. A találmány szerinti fénymodulátor ilyen kiviteli alakjainál a csillapítás értéke hozzávetőlegesen kétszerese az előzőleg feltüntetett csillapításértéknek, és optimális esetben megközelíti a közel két nagyságrendi akusztikai hatáscsökkentést. A találmányt az alábbiakban a rajz alapján ismertetjük részletesebben, amelyen a találmány szerinti elektrooptikai fénymodulátor néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra lézer fényt kapcsoló impulzusüzemű elektrooptikai fénymodulátor zavaró akusztikai hullámainak mérésére alkalmas lehetséges kapcsolás vázlata, a 2. ábrán 0°Z metszetű modulátorkristály jellemző transzmisszióválaszának felvétele látható, a 3. ábra hengeres modulátorkristály jellemző transzmisszióválaszának felvétele,a 4. ábra 45°Z metszetű modulátorkristály jellemző transzmisszióválaszának felvétele és az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6C 65
