191426. lajstromszámú szabadalom • Rezgésmentesített csökkentett vezérlőteljesítményű elektooptikai fénymodulátor
1 191426 2 lépő 7 fénynyaláb elliptikusán poláros, amelynek síkban polarizált összetevőjét bocsátja át a 4 modulátorkristály mögé helyezett 8 analizátor. Ez a 8 analizátor a 2 polarizátorral azonos felépítésű, de arra keresztezett polarizátor. A 8 analizátorból kilépő 9 fénynyaláb amplitúdóilletve intenzitásmodulált. 10 derékszögű koordinátarendszer a 4 modulátorkíistály orientációját szemléltető kristálytani koordinátarendszer, amelyről kivehetők a kristálytani XYZ tengelyek. A 2 polarizátor úgy van beállítva, hogy a 3 fénynyaldb a kristálytani XZ- vagy YZ- síkban polarizáltán lépjen be a 4 modulátorkristályba. Az la ábrán a 4 moduiátorkristály apertúrametszete látható. Az ismertetett példában erősen piezoelektromos ammóniumdihidrogénfoszfát egykristályból kimetszett 4 modulátorkristályt alkalmaztunk, amelynek apertúramérete 20X20 mm, Z tengelyirányú hosszúsága 25 mm és 0°Z metszetű. Az 1b ábrán négyzetes apertúrájú, 45°Z metszettel szerelt 4 modulátorkristály látható. Ezek a 0°Z metszetekhez képest csaknem egy nagyságrenddel kisebb amplitúdójú hullámgerjesztéssel rendelkeznek, és alkalmazásuk esetén a rezonancia amplitúdók jelentékeny csökkenése és a rezonanciapsektrum felhasadása tapasztalható. Jelentős és a számításokkal egyezik a rezgéscsökkenés a kis amplitúdóval gerjesztődő, nagysebességű longitudinális hullámok által okozott berezgéseknek megfelelő magasabb frekvenciákon. Kisebb mértékű de a 0°Z metszetekhez képest jelentős a csillapodás az alacsonyabb frekvenciájú saját rezgések amplitúdójában. Ezeket a saját rezgéseket az oldalélek tartományában viszonylag nagy amplitúdóval keletkező kisebb sebességű nyíró „sarokhullámok” okozzák. Az le ábrán téglalap alakú apertúrájú, 45°Z metszettel szerelt 4 modulátorkristály oldalnézete és apertúrametszete látható. A sarokhullámok által keltett saját rezgések amplitúdójának csökkentése végett célszerű a sarokhullámok gerjesztési energiájának több hullámmódusba való szétosztása. Az ld ábrán négyzetes apertúrájú, de a 45°Z orientációhoz képest kissé elforgatott metszettel szerelt 4 modulátorkristály oldalnézete és apertúrametszete látható. A modulátorkristályok saját rezgési spektrumának további felhasadása és a rezonancia amplitódók csökkenése érdekében a rezgési energia több saját rezgési módusba osztható fel, ami megvalósítható a párhuzamos- síkrezonátoros rezonanciafeltételek elrontásával, a sík oldalfelületek kismértékű egymáshoz hajlításával, például a négyzetes apertúra deltoidba, illetve általános négyszögbe való torzításával, amire az le ábra mutat példát, vagy az lf ábra szerint, kisnyilásszögű csonkagúla alakú 4 modulátorkristály alkalmazásával. A 4 modulátorkristályok gerjesztése során általában két akusztikai síkhullám gerjesztődik, méghozzá transzverzális és longitudinális hullám. Nyilvánvalóan legkedvezőtlenebbek a hagyományos, ismert 0°Z metszetek, amelyeknek a XY tengelyekre merőleges oldalfelületein tiszta transzverzális módusú, maximális deformáció amplitúdójú nyíróhullámok keletkeznek. \ kísérleti ellenőrzés alapján 0°Z metszetek esetén az egydimenziós gerjesztési és rezonancia feltételek jól teljesülnek. Hagyományos 0°Z metszettel mért szabályos rezonanciaspektrumot és a z apertúramenti időátlagolt rezonanciatranszmisszióeloszlás fényképfelvételeit tüntettük fel a 2. ábrán, ahol a 4 modulátorkristály rezonanciaspektrumát folyamatos vonallal jelöltük. Az egyes fényképfelvételek az adott 4 modulátorkristály adott rezonanciafrekvencián észlelhető rezonancia-transzmisszióeloszldsát mutatják. A kísérletek során a 4 modulátorkristály szorításmentes megfogásával törekedtünk a mechanikailag szabad határfelület peremfeltételének biztosítására a befogásból és esetleges akusztikai iliesztettségből eredő csillap'tások elkerülése céljából. Az ábrán szaggatott vonallal jelöltük a négyzetes apertúrájú, 45°Z metszettel szereit 4 modulátorkristály rezonanciaspektrumát, míg pontvonallal jelöltük a téglalap alakú apertúrájú, 45°Z metszettel szerelt 4 modulátorkristály rezonanciaspektrumát, melynek viszonylagos egyenletes eloszlása jól szembetűnik a hagyományos 0°Z metszettel szerelt négyzetes apertúrájú modulátorkristályokhoz képest. At ellenőrző vizsgálatokat a könnyen berezgethető ADB (ammóniumlridrogénfoszfát) 0°Z metszetek tűive zéríésének elkerülésére a teljes elektrooptikai kivezérlést biztosító félhullámfeszültséghez (10 kV) képest kicsi 2 V amplitúdójú vezérlőfeszültséggel végeztük. Ekkora vezérléssel a legkönnyebben hangolható első felharmonikus frekvencián teljes kivezérlés érhető el. Négyzetes apertúrájú, 45 Z metszettel szerelt 4 modulátorkristálynál egy nagyságrendet jóval meghaladó, téglilap alakúra nyújtott apertúrájú 45°Z metszettel, illet/e a 45°Z orientációhoz képest kissé elforgatottan kivágott modulátorkristállya! több mint két nagyságrendnyi átlagos rezonancia amplitúdó csillapítás érhető el az elvégzett kísérletek tanúsága szerint. Az le és lf ábrín bemutatott 4 modulátorkristály kiviteli alakokkal kio'tási arány-méretű csillapítás érhető el. Ez a három nagyságrendet is meghaladó csillapítás már csak növelt — 20 V — vezérléssel mérhető, illetve figyelhető meg vizuálisan. Az ismertetett longitudinális elektrooptikai férymodulátor kielégítő, szélessávú frekvenciaátvitelt biztosít a hagyományos technológiával elérhető rezgéscsi lapítás révén, és fígyelembevéve, hogy az elektromos szigetelés és rugalmas megfogás miatt is alkalmazott szilikongumi-ágyazás a geometriai módszerekkel kevésbé cs ilapított alap és kisebb sorszámú felharmonikus rezgéseket jól csillapítja, általában az lb-ld ábrán bemuta:ott kiviteli alakok elegendő eredményt nyújtanak. A találmány szerinti elektrooptikai fénymodulátor gyakorlatban megvalósított kiviteli alakjainál a rezgésrr entesítés során a vezérlőleljesítmény monoton csökken. A jelenség egyértelműen az akusztikai hullámok gerjesztési amplitúdójának csökkentésével magyarázható, hiszen a: elvégzett számításaink alapján az elektromos vezérlőtúr kialakításához szükséges teljesítménnyel összemérhető értékű. A z akusztikai hullámok amplitúdójának keletkezésükkor történő csökkentése teliát a fénymodulítorok meghajtásához szükséges teljesítmény kedvező ( sökkenésével is együttjár. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Rezgésmentesített csökkentett vezériőteljesítmény igényű elektrooptikai fénymodulátor, amelynek polarizátorok közé helyezett moduldtorkristálya van, azzal jellemezve, hogy a modulátorkristályt mechanikusan nem szorító szilikongumiba ágyazott modulátorkristály (4) kristálytani tengelyekhez (XYZ) képest 40°—50° tartományban elforgatott Z metszettel van szerelve. 2. Az 1. igénypont szerinti fénymodulátor, azzal jellemezve, hogy a modulátorkristály (4) 45°Z metszettel szerelt négyzetes apertúrájú modulátorkristály. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
