191426. lajstromszámú szabadalom • Rezgésmentesített csökkentett vezérlőteljesítményű elektooptikai fénymodulátor
1 191 426 2 A találmány tárgya rezgésmentesített csökkentett vezérlőteljesítmény igényű elektrooptikai fénymodulátor, amelynek polarizátorok közé helyezett modulátorkristálya van. Az elektrooptikai fénymodulátor elektromosan vezérelhető kettőstörő optikai elem, ahol a kettőstörő elektrooptikai modulátorkristályba lineárisan polarizáltán belépő fény a kristályon való áthaladás után elliptikusán poláros fényként lép ki a modulátorkristályból. A kilépő fény összetevőinek retardációja azaz a fény polarizációja az elektrooptikai hatás révén modulálható. Intenzitásnrodulált fény legegyszerűbben polarizációs optikai módszerrel, például keresztezett polarizátorok közé helyezett modulátorkristállya! állítható elő. Lineáris elektrooptikai kristályokban az elektromos vezérlés a modulátorkristályok határfelületein a piezoelektromos hatás révén akusztikai hullámokat kelt, amelyek feszültségoptikai hatásukkal befolyásolják a fénymodulátor működését. Periodikus vezérlés esetén az akusztikai hullámok a modulátorkristályt kényszerrezgésbe hozzák. A modulátorkristály mechanikai saját frekvenciákon történő vezérlésekor nagy amplitúdójú rezonanciarezgések jönnek létre, amelyek korlátozzák, sőt kedvezőtlen esetben meghiúsítják a fénymodulátor szélessávú fényvezérlésre történő alkalmazását. Nagyteljesítményű szilárd test lézerek kapcsolására legalkalmasabbnak bizonyult XDP, például káliumhidrogénfoszfát és izomorf 0°Z kristáíymetszetekből készült longitudinális elektrooptikai fénymodulátorok nagyfeszültségű impulzussorozattal történő vezérlésekor jóval a mechanikai alapmódus frekvenciája alatti ismétlődési frekvenciákon való vezérlés esetén is intenzív rezonanciák alakulhatnak ki, amelyek a fénymodulátor periodikus üzemmódú Q-kapcsolóként való felhasználását korlátozzák. A longitudinális XDP elektrooptikai fénymodulátorok vezérlése által piezoelektromosán kiváltott zavaró optikai hatások csökkentésére számos eljárást dolgoztak ki, és alkalmaznak a modulátorgyártásban, így például a modulátorkristályok mechanikai megszorítását, amellyel a deformáció kialakulását akadályozták meg. Ilyen megoldást ismertet a 3 454 325 számú USA-beli szabadalmi leírás. A modulátorkristály megszorításával kiváltott megmerevítése az akusztikai hullámok deformáció amplitúdójának csökkenését és a hullámok terjedési sebességének növekedését eredményezi, a szorított kristálybefogás a frekvenciaátvitelre kettős hatást gyakorol: A deformáció amplitúdók csökkentése egyenletesebb frekvenciaátvitelt biztosít és a terjedési sebesség növekedése a rezonancia spektrumot magasabb frekvenciatartományba tolja. A megoldás hiányossága, hogy a modulátor kristály megszorításával keltett mechanikai feszültségek a fénymodulátor fontos paraméterének, a kioltási aránynak a csökkenését okozzák, amely korlátozza az alkalmazható megszorítás mértékét és ezáltal az elérhető hatáscsökkentést. Ez a megoldás alkalmatlan Q-kapcsolók rezgésmentesítésére, amelyeknél különösen nagy és egyenletes kioltási arány kívánatos. A mechanikai rezonanciák amplitúdójának csillapítására legelterjedtebben alkalmazott megoldás hengeres modulátorkristályok alkalmazása a longitudinális elektrooptikai fénymodulátorban. A rezonancia feltételek lerontása és az akusztikai anizotrópia következtében folytonossá kiszélesedett rezonanciapsektrum jelentős rezonanciaamplitúdó csökkenéssel jár. A modulátorkristály kissé kúposra alakítása még egyenletesebb frekvencíaátvítelhez vezetett, A fenti megoldás hiányos- 2 sági elsősorban a hengeres geometria kialakításának technológiájában van, mivel ezt általában forgácsolással végzik, amit az érzékeny, törésre-repedésre hajlamos Xt'P egykristályok nehezen viselnek el, így az előállítás meglehetősen gazdaságtalan és költségigényes. További kényelmetlenségeket okoz az orientált sík oldalfelületű modulátorkristályokkal végzett munkákhoz képest a he igeres modulátorkristályok optikai beállításával járó nehézségek is. A találmánnyal célunk olyan longitudinális elektrooptikai fénymodulátor létrehozása, amelynek frekvenciaátritele egyenletes, a benne fellépő rezgések csillapítása a lőhető legnagyobb és vezérlő teljesítmény igénye kisebb az ismert elektrooptikai fénymoduiátoroknál, mindamellett előállítása hagyományos technológiával, viszonylag olcsón megoldható. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy egy elektrooptikai fénymodulátor modulátorkristályának frekvencia átvitele egyenletesebb lesz, a modulátorkristályban fellépő rezonanciaspektrum ugyan kiszélesedik, de amplitúdója nagymértékben lecsökken, és ismert midőn gyártható ha nem hengeres modulátorkristályt alkalmazunk, hanem 0°Z metszettől eltérő metszettel szerelt XDP modulátorkristályt helyezünk el a fényin adulátor elrendezésben. A kitűzött feladatot tehát rezgésmentesített, csökkentett vezérlőteljesítmény igényű elektrooptikai fénymodulátorral oldottuk meg, amelynek polarizátorok közé helyezett modulátorkristálya van. Ezt a fénymodulátort a találmány értelmében oly módon fejlesztettük tovább, hogy a modulátorkristályt mechanikusan nem szorító szilikongumiba ágyazott modulátorkristály kristálytani tengelyekhez képest 40°-50° tartományban elforgatott Z metszettel van szerelve. A találmány szerinti fénymodulátor egy előnyös k viteli alakja értelmében a modulátorkristály 45°Z n etszettel szerelt négyzetes apertúrájú modulátork istály. További célszerű kiviteli alak értelmében a n odulátorkristály 45°Z metszettel szerelt téglalap alakú apertúrájú modulátorkristály. Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a modulátorkristály egymásra nem merőleges sík lapokkal határolt, torzított apertúrájú modulátorkristály. Ezek a modulátorkristály-elrendezési k kedvezően hatnak a fellépő rezonanciahullámok több módusba történő szétosztására és csillapítására. A találmány további jellemzőit a rajz segítségével irmertetjük részletesebben, amelyen az elektrooptikai fénymodulátor néhány példakénti kiviteli alakját tünt ettük fel. A rajzon az 1. ábra longitudinális elektrooptikai fénymodulátorban elhelyezett különböző kialakítású modulátorkristályokat mutat, és a 2. ábrán három különböző modulátorkristállyal szerelt fénymodulátor rezonanciaspektrumának alakulása valamint az apertúramenti időátlagolt rezonancia-transziniszszióeloszlás fényképfelvétele látható. Az 1. ábrán hagyományos 0°Z XDP metszettel szerelt longitudinális fénymodulátor elrendezés látható. Modulálandó monokromatikus kollimált 1 fénynyaláb 2 polarizátor után lineárisan polarizált 3 fénynyalábként lép be 4 modulátorkristályba. A 4 modulátorkristály egymással szembeniévé' oldalain elhelyezett 5 és 6 elektródákra kapcsolt moduláló feszültséggel vezérelt kettőstörés következtében a 4 modulátorkristályból ki5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
