191427. lajstromszámú szabadalom • Piezooptikai hatáscsökkentett elektrooptikai fénymodulátorok
1, 191 427 2 A találmány tárgya optikailag sorbakapcsolt, az elektromos vezérlés által piezoelektromosán kiváltott optikai hatások csökkentésére méretezett modulátorkristályokból felépített összetett elektrooptikai fénymodulátor, amely a modulátorkristályok működését zavaró piezooptikai hatásoknak a modulátorkristályok számával növekvő mértékű jelentős csökkentését teszi lehetővé. A lézernyaláb rezonátoron belüli formálására, a lézerből kilépő koherens sugárzás fázisának, frekvenciájának és polarizációjának, a lézersugárzás amplitúdójának, illetve intenzitásának vezérlésére napjainkban legelterjedtebben elektrooptikai fénymodulátorokat alkalmaznak. Ilyen elektrooptikai fénymodulátorokat ismertet E. P. Musztyel, V. N. Parügin: Metodü modulacija is szkanirovanyija szveta, Nauka, Moszkva 1970 című művében. Elektrooptikai fénymodulátor működése ismert módon az elektrooptikai anyagok elektromos térrel vezérelhető kettőstörésen alapszik. Az elektrooptikai fénymoduláció legfőbb előnye az elektrooptikai hatás gyorsaságában és elektronikus vezérelhetőségében van, ami nagy sebességű fénykapcsolást és szélessávú fénymodulációt tesz lehetővé. Az elektrooptikai egykristályból orientáltan kivágott, elektromosan vezérelhető kettőstörésű modulátorkrístály az átmenő, lineárisan polarizáltán beejtett fény összetevőinek fázisát és fáziskülönbségét azaz retardációját, illetve polarizációját azaz ellipticitását modulálja. A fázis, illetve polarizáció modulált fény megfelelő optikai rendszerrel amplitúdó, illetve intenzitásmodulált fénnyé alakítható. Intenzitásmodulált fény legegyszerűbben polarizátorok közé helyett modulátorkristállyal állítható elő. Az általában erősen piezoelektromos lineáris elektrooptikai modulátorkristályokban az elektromos vezérlés által piezoelektromosán keltett akusztikai hullámok piezooptikai hatásukkal befolyásolják az elektrooptikai fénymodulátorok működését. A piezooptikai hatások csökkentésére használt eljárások technológiai bonyolultsága, illetve a vezérléssel szemben támasztott magas elektronikai követelményei és az egyes megoldásoknak a modulátorparaméterekre gyakorolt káros következményei ismeretében célul tűztük ki új, piezooptikai hatáscsökkentett elektrooptikai fénymodulátor létrehozását, amely igen egyszerű felépítés mellett jelentősen csökkenti az akusztikai hullámok káros piezooptikai hatását. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy a többelemes összetett elektrooptikai fénymodulátorok egyes modulátorkristályaiban keltett piezooptikai íratások impulzusüzemű vezérlés (fényzár-iizemmód) esetén térben, periodikus vezérlés (modulátor-üzemmód) esetén frekvencia szerint szétválaszthatok a modulátorkristályok megfelelő geometriai méretezésével. A kitűzött feladatot olyan piezooptikai hatáscsökkentett elektrooptikai fénymodulátorral valósítottuk meg, amelynek polarizátorok közé helyezett, optikailag sorbakapcsolt modulátorkristályai vannak. Ezt a fénymodulátort a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy impulzusüzemű vezérlés esetén az egyes modulátorkristályokban keltett akusztikai tranziensek fényútmenti átfedését minden egyes modulátorkristályra más értéken meghatározóan méretezett, illetve periodikus vezérlés esetén az egyes modulátorkristályok saját rezgéseinek frekvencia szerinti átfedését kizáróan méretezett, optikailag sorbakapcsolt modulátorkristályok eltérő geometriai méretűek. 2 Az eltérő geometriai méretű modulátorkristályok sorbakapcsolásával készített összetett fénymodulátorokkal az egyes modulátorkristályok rezonanciaspektrumának eltolódása miatt jelentős piezooptikai hatáscsökkenté 5 érhető el periodikus vezérlés esetén. A rezonanciaspektrumok átfedésének méretezéssel való megelőzésével biztosítható, hogy egyidejűleg csak egy modulátor-, kristály legyen rezonanciában, amelynek a csökkentett vezérlőfeszültség miatt mérsékelt az összetett fénymodulátor frekvencia átvitelére gyakorolt hatása. Ugyancsak előnyös a találmány szerinti elektrooptikai fénymodulátor esetében a csökkentett vezérlőfeszültségnek köszönh rtően a modulátorkristályok számával arányos vezérlőti ljesítményigény csökkenés is. A piezooptikai hatáscsökkentésre kidolgozott elektrooptikai modulátor konstrukció minden piezoelektromos elektrooptikai anyagból készült elektrooptikai modulátorra alkalmazható. A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismertetjük részletesebben, amelyen a piezooptikai hatáscsökkentett elektrooptikai fénymodulátor példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra ismert, keresztezett polarizátorok közé helyezett longitudinális KDP elektrooptikai fénymodulátor vázlata, a 2. ábrán az 1. ábra szerinti fénymodulátor modulátorkristályának kristálytani X, Y, Z tengelyekhez viszonyított orientációjú kivágása látható, és a 3. ábrán a találmány szerinti összetett elektrooptikai fénymodulátor egy lehetséges kiviteli alakjának vázlata látható. Az 1. ábrán egy hagyományos, 0°Z metszetű KDP (káliumdihidrogénfoszfát) és izomorf egykristállyal szerelt longitudinális fénymodulátor elrendezés látható. Modulálandó monokromatikus, kollimált 1 fénynyaiáb 2 polarizátor után mint lineárisan polarizált 3 fénynyaláb lép be 4 modulátorkristályba. A 4 modulátorkristály 5 és 6 elektródáira kapcsolt modulálófeszültséggel vezérelt kettőstörés következtében a 4 modulátorkristályból kilépő 7 fénynyaláb elliptikusán poláros, amelynek síkban polarizált összetevőjét 8 analizátor bocsátja át. A 8 analizátorból kilépő 9 fénynyaláb amplitúdó, illetve intenzitásmodulált. Derékszögű 10 koordinátarendszer a 4 modulátorkristály orientációját szemléltető kristálytani koordinátarendszer. A 2 polarizátor úgy van beállítva, hogy a 3 fénynyaláb a kristálytani XZ vagy YZ síkban polarizáltán lépjen be a 4 modulátorkristályba. A 2. ábrán látható a kivágott 4 modulátorkristály orientációja a kristálytani 10 koordinátarendszer X, Y, Z tengelyeihez képest. A piezooptikai hatások szétválasztására méretezett modulátorkristályokból álló összetett modulátort szemléltet a 3. ábra. A modulálandó monokromatikus, kollimált 1 fénynyaláb a 2 polarizátor után lineárisan polarizált 3 fénynyalábként lép be 4.1, 4.2, 4.3...4.n— 1, 4sí monodulátorkristályokból álló fénymodulátorba. Természetesen minden egyes 4.1...4ji modulátorkristály - melyek geometriai méretei egymástól különbözően vannak megválasztva — el van látva az ábrán fel nem tüntetett 5 és 6 elektródákkal. Az optikailag sorbakapcsolt longitudinális Z metszetű 4.1.. .4.n modulátorkristályok keresztirányú méreteinek a vezérlőimpulzus által keltett akusztikai impulzusok szélességével egyenlő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 eo 05
