189000. lajstromszámú szabadalom • Longitudinális elektrooptikai fényzár
1 1S9U00 2 A találmány tárgya longitudinális elektrooptikai fényzár, amely két keresztezett polarizátor közé helyezett elektrooptikai kristályt tartalmaz, melynek kristálytani z tengelye párhuzamos az elektrooptikai kristályon és a polarizátorokon áthaladó fénynyalábbal, amely kiküszöböli a kristályokból készített longitudinális elektrooptikai fényzárak akusztikus eredetű zavarait. Mint ismeretes, a longitudinális elektrooptikai fényzár egy elektrooptikai kristály, amelyet keresztezett polarizátorok közé helyezünk úgy, hogy a kristálytani z tengely a kristályon és a polarizátoron áthaladó fénysugárral párhuzamos legyen. Az első polarizátor a beeső fényt az x (vagy az y) tengellyel párhuzamosan polarizálttá teszi. A második, az elsőre merőleges polarizációs síkú polarizátor miatt a fényzár fényt nem enged át, azaz ekkor zárt állapotban van. Ha a kristály minőségétől függő megfelelő nagyságú nagyfeszültségű impulzust kapcsolunk a kristályra úgy, hogy a kialakuló térerősség zömében a kristálytani z tengely irányával párhuzamos legyen, akkor az elektrooptikai hatás miatt az elektromos térerősség hatására a kristálybeli törésmutató megváltozik. Ez a változás az úgynevezett félhullámfeszültség alkalmazása esetén azt eredményezi, hop1 a fénynyaláb polarizációs síkja 90°-kai elfordul. így a második polarizátor a fényt most már átengedi, azaz a fényzár kinyit. Természetesen a polarizátorok és az alkalmazott feszültség másfajta kombinációja is ugyanerre az eredményre vezet, például párhuzamos polarizátor állás, valamint állandó nagyfeszültségű előfeszítés mellett zárt állapot, majd félhullámhosszú feszültségcsökkentéssel nyitott állapot érhető ej. Ezt a jelenséget írja le F. Zernike, J. È. Midwinter: Applied Nonlinear Optics (John Wiley & Sons, 1973); valamint J. P. Kaminov: An Introduction to Electrooptic Devices (Academic Press, New York — London, 1974) kiadványában. A longitudinális elektrooptikai fényzár tehát egy olyan elektromosan vezérelhető optikai elem; amely a fénynyaláb elektromos úton történő igen gyors ki- és bekapcsolására, illetve a fény intenzitásának modulálására, azaz részleges ki- és bekapcsolására szolgál. A fentiekből kitűnik, hogy a longitudinális elektrooptikai fényzár működésének elengedhetetlenül szükséges feltétele, hogy a kristályban intenzív kristálytani z tengely irányú elektromos térerősséget keltsünk, Ennek viszont az a következménye, hogy az elektrooptikai kristályban, amely egyúttal piezoelektromos kristály is, a térerősség változtatásakor rugalmas eredetű, időben változó deformációk, úgynevezett akusztikus hullámok keletkeznek (lásd j, Bakos, Zs. Sörlei, Cs. Kűri and S. Szikora: Applied Physic, 1979 évfolyam, 19. kötet, 59. oldal). A keletkező akusztikus hullámok főleg a z tengelyre merőleges haladási irányiak, és hullámfrontjuk párhuzamos az xz illetve yz síkkal, ha feltételezzük, hogy a fényzárban alkalmazott kristály éjei párhuzamosak az xyz tengelyekkel. A létrejött akusztikus hullámok az elaszto-optíkai effektus miatt törésmutató változást okoznak a kristály azon részein, ahol áthaladnak. Ezt a jelenséget ismerteti a J. Bakos, Zs. Soriéi, Cs. Kuti and S. Szikom: Acta Phys. Hung,, 1979 év 46: kötet, 203. oldala. Ha tehát egy akusztikus hullám tçrje4ése során eléri a kristályon z irányban áthaladó fénysugarat, akkor az általa okozott törésmutató változás miatt megváltoztatja a fénynyaláb poJarizáltsági állapotát- Ez pedig - hátrányosan — azt eredményezi, hogy amint egy akusztikus hullám eléri a fénynyalábot, egyúttal megváltoztatja a fé iyzár állapotát is, azaz ha a fényzár nyitva volt, akkor az akusztikus hullám teljesen vagy részlegesen zárttá teszi, vagy fordítva, ha a fényzár zárva volt, akkor részlegesen vagy teljesen nyitottá válik. Moduláció esetén a ; avar még bonyolultabb is lehet. Az ismert elektrooptikai fényzárak súlyos hiányossága tehát, hogy az akusztikus hullámok jelenléte a fényzár kontrollálhatatlan állapotváltozásait eredményezi. A találmány célja olyan longitudinális elektrooptikai fényzár kialakítása, amely az akusztikus hullámok okozta zavarokkal szemben teljesen érzéketlen, ugyanakkor a fényzáron áthaladó fénysugár intenzitáscsökkenése elhanyagolható mértékű marad. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha egy 37 előbbiekben ismertetett szokásos longitudinális elektrooptikai fényzár után további longitudinális elektrooptikai fényzárat helyezünk el, amelyben a kristály kristálytani z tengelye párhuzamos a fénynyalábbal, de 3 két kristály x, y méretei eltérőek, akkor a mindkét fenyzárban fellépő akusztikus hullámok a kristályok kilönböző méretei miatt a két fényzárban különböző icőben és eltérő periodicitással érik el a fénynyalábot ér. ilyenkor mindig csak az egyik fényzár nyit ki, tehát a: antikoincidencia miatt a kettős fényzár a fellépő akusztikus hullámoktól függetlenül továbbra is zárt á lapotú marad. À kitűzött feladatot olyan longitudinális elektrooptikai fényzárral oldottuk meg, amely két keresztezett pol^rizáfo.t közé helyezett elektrooptikai kristályt tartalmaz, a kristály kristálytani z tengelye párhuzamos a kristályon és a polarizátoron áthaladó fény nyalábbal, és amely kristály kristálytani z tengelyével párhuzamos térerősséget létrehozó feszültséget bevezető elektródákkal van ellátva. Ezt a megoldást a találmány értelmében oly módon fejlesztettük tovább, hogy az első, keresztezett F olarizátorokat és közéjük helyezett elektrooptikai kristüyt tartalmazó longitudinális elektrooptikai fényzár vin oly módon elhelyezve, hogy a két fényzár egymással szomszédos polarizátorának polarizációs iránya megegyezi, valamint a polarizátorok között elhelyezett elektrooptikai kristályok kristálytani z tengelye párhuzamos a f Snynyalábbal, A találmány szerinti fényzár egy előnyös kiviteli alakja szerint a két fényzár egymással szomszédos polarizátora egyetlen polarizátorként van kialakítva. Ily módon változatlan hatékonyság mellett a fényzár egyszerűbben felépíthető. A találmány szerinti longitudinális elektrooptikai fényzár egk további előnyös kiviteli alakja értelmében az első fényzár második polarizátora helyett, vagy akár mindkét fényzár mindkét említett polarizátora helyett fényvisszaverő felfilef van elhelyezve. Az említett megoldások lehetővé teszik a kettős fényzár egyszerűbb felépítését és sokoldalúbb alkalmazását. További célszerű kiviteli alak értelmében a fényzárakban alkalmazott elektrooptikai kristályok hasáb alakúak, és az egyik kristály hasábja kristálytani z tengelyre merőleges bármelyik élének mérete különbözik a másik kristály hasábja kristálytani z tengelyre merőleges megfelelő élének méretétől. Ezzel a megoldással biztosítható aket‘ős fényzár két tagjának antikoincidenciája. Előnyös a találmány szerinti fényzár azon kiviteli ilakja, amelynél a fényzárakban alkalmazott kristályok 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
