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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur steuerbaren Richtungsablenkung
optischer Strahlen in insbesondere benachbarte Richtungen bzw. an insbesondere benachbart
liegende Orte unter Verwendung eines Materials mit feldstärkeabhängig steuerbarem
Brechungsindex und bei dem man die Strahlen durch wenigstens eine von zwei zueinander
nicht parallelen Begrenzungsflächen des Materials, durch die sie hindurchtreten,
schräg, d. h. nicht senkrecht zu dieser Fläche, hindurchtreten läßt.
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Laseranordnungen ermöglichen die Erzeugung sehr energiereicher, scharf
gebündelter, monochromatischer optischer Strahlung, beispielsweise im Bereich des
infraroten oder sichtbaren Lichtes, die in der Technik vielseitige Anwendung finden
wird. Als Beispiele hierfür seien die Möglichkeiten der Materialbearbeitung durch
optische Strahlung, etwa das Schweißen, Schneiden oder Bohren, die der Raster-oder
Streifenbildprojektion oder Bildzerlegung, d. h. Schreiben oder Lesen optischer
Bilder, wie sie auch in der Speichertechnik vorkommen, aber auch die der Nachrichtenübertragung
mittels modulierter optischer Strahlung genannt.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 107 340 ist eine Einrichtung zur
Lichtsteuerung bekannt, bei der entsprechend den Steuersignalen die von der Steuerfläche
reflektierten bzw. hindurchgelassenen Lichtanteile variiert werden und bei der die
Steuerfläche aus mehreren schräg zur Lichteinfallsrichtung liegenden Abschnitten
besteht, die an einer zur Austrittsrichtung des gesteuerten Lichtes annähernd senkrechten
Ebene angeordnet sind. Diese Einrichtung ist zur Helligkeitssteuerung des austretenden
Lichtes bestimmt. Wegen der dort vorgesehenen panchromatischen Strahlung und der
damit auftretenden Dispersion würde dort nicht einmal eine unbeabsichtigte Richtungsablenkung
der austretenden Strahlung auffallen. Außerdem ist die Lichtaustrittsfläche der
Einrichtung, wie besonders hervorgehoben, zweckmäßigerweise als Streuscheibe ausgebildet
und/oder mit einer Wabenlinse versehen, die jegliche Richtungsablenkung in der Einrichtung
nach außen hin verbergen würde.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren aufzufinden,
mit dem optische Strahlen in ihrer Richtung steuerbar in benachbarte Richtungen
bzw. an benachbart liegende Orte, insbesondere in hochfrequenter Folge, abgelenkt
werden können. Vorzugsweise soll bei dieser Ablenkung keine störende Zerlegung oder
Aufspaltung der Strahlung, etwa in ordentliche oder außerordentliche Strahlen, auftreten.
Aufgabe einer Weiterbildung der Erfindung ist es, Mittel vorzusehen, durch die eine
erfindungsgemäße steuerbare Ablenkung scharf gebündelter Strahlung auf eine Blende,
z. B. zum Zwecke einer Modulation, nach erfolgtem Durchtritt durch diese Blende,
d. h. nach Nutzbarmachung der steuerbaren Ablenkung, wieder ausgeglichen wird. Diese
spezielle Aufgabe ist insbesondere für die Anwendung der Erfindung bei der gerichteten
Nachrichtenübertragung von Bedeutung.
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Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, daß man durch die zueinander
nicht parallelen Begrenzungsflächen des Materials mit steuerbarem Brechungsindex
erfindungsgemäß als abzulenkende Strahlen einen scharf gebündelten Strahl monochromatischer,
linear polarisierter, insbesondere nach dem Laserprinzip erzeugter Strahlung hindurchtreten
läßt. Insbesondere läßt man diese linear polarisierte, scharf gebündelte Strahlung
durch das Material in einer derartigen Orientierung hindurchtreten, die keine Aufspaltung
in ordentlichen und außerordentlichen Strahl zuläßt. Gemäß einer. Weiterbildung
der Erfindung ist zur Kompensation der Richtungsablenkung, etwa nach erfolgtem Durchtritt
durch eine Blende, eine im optischen Abstand der Brennweite von der ablenkenden
Fläche angeordnete Linse vorgesehen.
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Zur Steuerung können sowohl magnetische als auch elektrische Felder
herangezogen werden, durch deren Einwirkung der oder die Brechungsindizes, d. h.
die Brechungseigenschaften des Materials, ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Festkörper,
beeinflußt 'werden. Allgemein bekannt ist der Kerreffekt, der Cotton-Mouton- und
der Voigteffekt, bei dem beispielsweise eine Flüssigkeit, wie etwa Nitrobenzol,
im elektrischen bzw. im magnetischen Feld doppelbrechend wird, d. h., durch das
angelegte Feld wird der Brechungsindex des Materials richtungsabhängig. Bei vielen
Materialien ist auch eine .im feldfreien Zustand vorhandene natürliche Doppelbrechung
durch das Feld beeinflußbar, z. B. daß ein optisch einachsiger Stoff optisch zweiachsig
wird, wie dies z. B. bei Kaliumdihydrogenphosphat und diesem verwandten Kristallen
der Fall ist.
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Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren der steuerbaren Ablenkung
optischer Strahlen ist, daß die Strahlen beim Eintritt von einem Medium in das Material
mit feldstärkeabhängigen Brechungseigenschaften und/oder beim Austritt in ein weiteres
Medium, das beispielsweise gleiche Eigenschaften wie das erste haben kann, insbesondere
auf beiden Seiten Luft ist, gebrochen werden. Die Brechung ist entsprechend dem
Brechungsgesetz sin g, = n - sin g@ mit n = worin n1 und n2 die für die Wellennormalen
gültigen
Brechungsindizes der beiden beim Strahlendurchgang durch eine Grenzfläche aufeinanderfolgenden
Medien.ist und (1,1 und g@ die Einfalls- bzw. Ausfallswinkel der Wellennormalen
der Strahlen zwischen Einfalls- bzw. Ausfallslot und Wellennormalenrichtung in den
beiden Medien ist, von der Größe der für die Wellennormalen der Strahlen gültigen
Brechungsindizes n1 und n2 abhängig. Damit nicht nur eine Parallelverschiebung der
durch das steuerbare Medium hindurchtretenden Strahlung eintritt, müssen die Grenzflächen
an der Stelle des Ein- und des Austritts der Strahlen in dem besagten Medium gegeneinandergeneigt
sein. Für den Fall, daß Flüssigkeiten verwendet werden, werden für diese beispielsweise
keilförmige Küvetten, die z. B. aus planparallelen Platten, angeordnet wie die besagten
Grenzflächen, bestehen, benutzt.
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Eine durch Einwirkung eines steuerbaren Feldes bewirkte steuerbare
Änderung des Wertes des oder der für die jeweiligen durch das Material tretenden
Strahlen gültigen Brechungsindizes resultiert dann in einer steuerbaren Ablenkung
der Strahlen. Die steuerbare Ablenkung der Strahlen kann durch Einwirkung eines
entsprechenden Wechselfeldes auch hochfrequent sein. Besonderes technisches Interesse
besteht
vor allem für sehr hochfrequente Ablenkung, etwa im Bereich oberhalb 10`' Hz, und
zwar insbesondere für elektrische Ablenkung, da eine derartige technisch brauchbare
steuerbare Ablenkung in praktisch keinem Fall auf mechanischem Wege bewirkt werden
kann. Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, bei sehr hochfrequenter
Ablenkung für das Verfahren Festkörper, wie sie noch weiter unten näher beschrieben
werden, zu verwenden, die eine höhere Grenzfrequenz der Steuerung von beispielsweise
1012 Hz bei kleine. °m Verlustwinkel des Materials für das an das dateriäl anzulegende
Wechselfeld haben.
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Die weitere Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll sich
auf die elektrische Steuerung der Ablenkung und die Verwendung von Festkörpern,
und zwar von Kaliumdihydrogenphosphat, erstrecken, da bei Festkörpern die elektrooptischen
und die entsprechenden sinngemäß gleichen magnetooptischen Effekte für eine praktische
Ausführung des Verfahrens am schwierigsten zu übersehen sind. Dies soll jedoch in
keiner Weise eine Beschränkung des Verfahrens auf die Verwendung von Festkörpern
und/oder elektrischen Feldern sein.
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Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden elektrooptischen Effekt in
Festkörpern, insbesondere in optisch isotropen und in einachsigen Stoffen, vorzugsweise
in Einkristallen, beispielsweise in Kupferchlorid oder in Alkalidihydrogenphosphaten
und/ oder -arsenaten, handelt es sich um die elektrische Doppelbrechung, die durch
ein elektrisches Feld, in zur Orientierung des Kristalls geeigneter Ausrichtung
angelegt, in diesen Stoffen gegebenenfalls zusätzlich zu der bereits vorhandenen
natürlichen Doppelbrechung bewirkt wird. Durch das angelegte elektrische Feld wird,
z. B. bei Kaliumdihydrogenphosphat (KDP), die normalerweise unterhalb des Curiepunktes
(123'K) tetragonale Struktur durch die Wirkung des elektrischen Feldes auf die Wasserstoffbindungen
im Kristall in eine rhomboedrische umgewandelt. Dadurch, daß im wesentlichen nur
die Wasserstoffbindung bei diesem und bei ähnlich aufgebauten Kristallen von der
Amplitude des angelegten Feldes beeinflußt wird, wird der hohe Grenzwert der maximalen
Frequenz für die Steuerung erreicht. Es sind aber auch andere Stoffe, wie etwa Kupferchlorid,
bekanntgeworden, die auch eine hohe Grenze für die Frequenz der Steuerung haben.
Das Anlegen des Feldes hat zur Folge, daß das Indexellipsoid.der Brechungsindizes
beispielsweise bei KDP oder einem ähnlichen Kristall, das im feldfreien Zustand
die Form eines Rotationsellipsoids mit einer der c-Achse des Kristalls parallelen
Achse als Rotationsachse hat, ein allgemeines Ellipsoid wird, dessen eine Achse
wieder mit der c-Achse und dessen beide anderen Achsen mit der (110)-Richtung und
mit der dazu senkrechten Richtung in der (001)-Ebene des Kristalls im feldfreien
Zustand parallel' ist. Der normalerweise optisch einachsige doppelbrechende KDP-Kristall
mit der optischen Achse in c-Richtung wird also im elektrischen Feld optisch zweiachsig,
d. h. zusätzlich elektrisch doppelbrechend in Richtungen, die durch die Gleichung
des Indexellipsoids
mit der für KDP gültigen Matrix
gegeben sind, in der E,, E2, E3 die Komponenten des Vektors der angelegten elektrischen
Feldstärke, ausgerichtet nach den drei senkrecht aufeinanderstehenden Achsen 1,2
und 3 des Kristalls, sind. Die Größen, ist der Brechungsindex des Kristalls in feldfreiem
Zustand für Licht mit dem Verschiebungs-(D-)Vektor, der für die Hauptrichtungen
mit dem Feldstärke-(E-)Vektor zusammenfällt, in der Richtung 1 bzw. in der hier
mit 1 gleichwertigen Richtung 2 und n3 für Licht mit dem E-Vektor in Richtung 3.
Die Größen f sind die elektrooptischen Moduln, die sich, wie. nur durch längere
Rechnung, jedoch in an sich bekannter Weise abzuleiten, aus dem elektrooptischen
und dem elastooptischen Effekt im elektrischen Feld ergeben.
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Durch Ausmultiplizieren unter Berücksichtigung der bekannten Gesetze
der Matrizenrechnung der Gleichung (1) erhält man das Indexellipsoid, an dem in
ebenfalls bekannter Weise die optischen Eigenschaften sowohl des feldfreien als
auch des im elektrischen Feld E,, E2, E3 befindlichen Kristalls für jede beliebig
zum Kristall orientierte Richtung der Wellennormalen des Strahles und seiner Polarisationsrichtung
abzulesen ist.
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Das durch obige Gleichung (1) bezeichnete und für KDP gültige Ellipsoid
ist für den feldfreien Kristall E = 0 ein Rotationsellipsoid mit der Achse 3 in
Richtung (001) als Rotationsachse. Schnitte des Ellipsoids mit der Ebene (001) ergeben
danach Kreise. Bei Vorhandensein eines von außen erzeugten elektrischen Feldes im
Kristall E + 0 treten bei dem Ausmultiplizieren der Gleichung (1) Glieder x; - x,-für
i #: j. auf, und ein Schnitt des Ellipsoids
mit der (QOl)-Ebene ergibt jetzt eine Schnittellipse, die gegen das Achsenkreuz
(100) und (0l0) um 45° gedreht ist. - ' Man erhält demnach beispielsweise aus dieser
Schnittellipse bei KDP bei Anlegen eines Feldes E3 + 0, E, = EZ = 0 und für einen
Strahl mit einer Wellennormalen in Richtung (± 1, ± 1, 0), d. h. in Richtung einer
der Halbachsen der gedrehten Schnittellipse durch Ausmultiplizieren der Gleichung
für das Indexellipsoid, in der jedoch x3 = 0 gesetzt wird, den feldstärkeabhängigen
Brechungsindex
für den Anteil des Strahles, dessen Polarisationsrichtung (D-Vektor) parallel zur
anderen Hauptachse der Schnittellipse ist. Auf entsprechende Weise erhält man den
Brechungsindex n3, dessen Wert
für den senkrecht zur Ebene (001)
polarisierten Anteil eines Strahles sich als feldstärkeunabhängig erweist. Auch
für die Wellennormale in Richtung (00 ± 1) ergibt sich Feldstärkeabhängigkcit des
Brechungsindex des KDP-Kristalls, d. h. elektrische Doppelbrechung, wie aus der
Gleichung für das Indexellipsoid zu ersehen ist. Ergänzend sei bemerkt, daß die
Strahlrichtung und Wellcnnormalenrichtung sowie D-Vektor .und E-Vektor der Strahlung
immer dann zusammenfallen, wenn der Kristall von der Wellennormalen in Richtung
einer Hauptachse bzw. in einer ihr gleichwertigen Richtung durchsetzt wird.
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Entsprechendes erhält man, wenn El und/oder EZ + 0 und E3 = 0 ist.
Bezüglich "E, und E2 tritt der Modul 41 in den Ausdrücken für den Brechungsindex
auf. Je nach Größe der Moduln J4, - und .fl,3 oder weiteren Moduln ,f;, bei anderen
Kristallklassen mit noch geringerer Symmetrie wird eine mehr oder weniger große
feldabhängige Ablenkempfindlichkeit auftreten.
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Die elektrooptischen Konstanten sind temperaturabhängig. Sie erreichen
in der Umgebung der Temperatur der Umwandlung des Kristallgitters, beispielsweise
der Curietemperatur, besonders hohe Werte, bei KDP ist der Wert von_fl,3 z. B. um
etwa 10' größer als bei Zimmertemperatur. Die feldstärkeabhängige Änderung des Brechungsindex
ist also bei Temperaturen nahe der Curietemperatur besonders groß.
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Unter Curietemperatur ist die - Temperatur zu verstehen, die sich
aus dem Curie-Weißschen Gesetz für das Verhalten von Materialkonstanten, beispielsweise
der Dielektrizitätskonstante, oberhalb dieser Temperatur in der Form ergibt. Es
empfiehlt sich, für die steuerbare Ablenkung
ein Material zu verwenden, das -die Temperatur einer- Kristallumwandlung, insbesondere
die Curietempcratur, bei der eine starke Erhöhung des Wertes des oder der elektrooptischen
Moduln auftritt, etwa im Bereich der Zimmertemperatur hat, wie beispielsweise etwa
Deuterium-substituiertes Ammoniumdihydrogcnarsenat, bei dem der Wasserstoff weitgehend
oder vollständig durch Deuterium ersetzt ist.
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Zusätzlich zu dem beschriebenen linearen elektro-(bzw. magneto-)optischen
Effekt tritt auch ein von dem Quadrat der Feldstärke abhängiger Effekt auf. der
sich in ähnlicher Weise wie der lineare beschreiben läßt. Bei KDP ist er relativ
klein gegenüber dem linearen Effekt. Bei entsprechender Größe läßt sich auch der
quadratische Effekt sinngemäß entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren ausnutzen.
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Für den erfindungsgemäßen Gedanken der Ablenkung eines Lichtstrahls
unter Ausnutzung des elektro- oder magnetooptischen Effekts wird der Kristall in
einer Wellennormalenrichtung mit insbesondere linearpolarisiertem Licht einer derartig
gewählten Polarisationsrichtung durchstrahlt. daß der Brechungsindex für diesen
Strahl. wie aus der Gleichung für das Indexellipsoid zu ersehen ist und wie an dem
eben erläuterten Beispiel des KDP gezeigt wurde. eine Funktion der angelegten
Feldstärke ist. ohne daß im Falle polarisierten Lichtes eine Aufspaltung in einen
ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl auftreten muß. Dies trifft bei KDP,
wie oben gezeigt, beispielsweise für einen Strahl zu. der in (110)-Richtung läuft
und dessen Polarisationsebene parallel zur (001)-Ebene liegt. Ein derartiger Strahl
wird an der Fläche zwischen Kristall und angrenzendem Medium, beispielsweise Luft,
in einem Winkel gebrochen, der gegeben ist durch das Brechungsgesetz sing,
= n - sin q@, .
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worin g1 und iii die Winkel zwischen Wellennormaler und dem Einfallslot
bzw. Ausfallslot vor und nach der Brechung und
das Verhältnis der Brechungsindizes, 112 und n, der aneinander angrenzenden Medien,
in denen die Winkel y, und (1z liegen, sind.
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Da, wie oben gezeigt, bei der Anordnung der Brechungsindex des Kristalls
für den Strahl eine Funktion der angelegten elektrischen Feldstärke ist, wird also
der durch den Kristall hindurchtretende Strahl eine fcldstärkeabhängige Richtungsablenkung
erfahren, sofern für den Strahl die Ein- und die Austrittsfläche des Kristalls nicht
parallel zueinander sind. Es sei hervorgehoben, daß sich eine derartige elektrische
Ablenkung besonders für die stark monochromatische Laserstrahlung eignet, da ja
bekanntlich die Brechungsindizes eines Materials allgemein Funktionen der Frequenz
der elektromagnetischen Strahlung sind (Dispersion), das erfindungsgemäße Verfahren
der Ablenkung also besonders bei Verwendung von Laserstrahlung wegen des Ausbleibens
von Störungen, verursacht durch die Dispersion bei der praktisch monochromatischen
Strahlung, besonders praktische Bedeutung hat.
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Die hier aufgestellte Forderung der Verwendung linearpolarisierten
Lichtes ist unter anderem aus energetischen Gründen zweckmäßig, jedoch nicht zwingend,
und bedeutet insbesondere bei Laseranordnungen allgemein keine Einschränkung, da
bekanntlich durch geeigneten Aufbau, Anordnung und Auswahl des Lasers und des laseraktiven
Materials @ an vornherein polarisiertes Licht vom Laser erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäße Gedanke des Verfahrens und Beispiele für die
technische Auswertung desselben sollen durch die in den Figuren dargestellten und
im folgenden näher beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert
werden.
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In F i g. I bezeichnet 1 einen Kristall mit elektrisch doppelbrechenden
Eigenschaften. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf die Verwendung eines tetragonalen
KDP-Kristalls ausgerichtet. an dessen Stelle auch beispielsweise ein kubischer Kupferchloridkristall
verwendet werden könnte, was prinzipiell keine Einschränkung für die Verwendung
anderer elektro-oder magnetooptisch aktiver Kristalle. etwa hexagonaler Kristalle,
für das erfindungsgemäße Verfahren der elektrischen oder magnetischen Ablenkung
optischer Strahlen durch elektrische oder magnetische Beeinflussung der Brechungsindizes
sein soll. Die Fläche 2 soll eine (110)-Fläche bzw. allgemeiner eine (t I,
t 1. 0)-Fläche des KDP-Kristalls sein, auf die der von einem Strahlerzeugungssystem
6. beispielsweise einem Laser, ausgehende Strahl 3, bei diesem Beispiel senkrecht
und mit einer parallel zur Zeichenebene, die zweckmäßigerwcise mit der (001)-Ebene
des Kristalls zusammenfällt, eintritt. d. h., die Polarisationsebene soll senkrecht
auf der Hauptschnittebene, gebildet aus Strahlrichtung = Wellennormalenrichtung
und optischer Achse des feldfreien Kristalls. stehen. 3 ist also in dieser Anordnung
ordentlicher Strahl im Kristall. Diese
Anordnung, in der der elektrooptische
Modul f13 zur Wirkung kommt, ist besonders stark- feldstärkeabhängig, d. h. für
die Ablenkung bei KDP optimal. Da der Strahl 3 mit seiner Wellennormalen senkrecht
einfällt, tritt an 2 keine Brechung auf. Der Strahl 3' verläßt den Kristall beim
Durchtritt durch die Fläche 4, die mit 2 einen Winkel a verschieden von 180"
einschließt, wobei die Normalen der Flächen 2 und 4 vorzugsweise in der Zeichnungsebene
liegen. Der im feldfreien Zustand des Kristalls mit dem Winkel a aus dem Kristall
austretende Strahl 3' wird bei Vorhandensein eines Feldes senkrecht zur Zeichnungsebene
abhängig von der Feldrichtung in die Richtungen 3" bzw. 3"' abgelenkt, wobei der
Betrag der Winkeländerung gegenüber 3' durch die Feldstärke, die elektrooptischen
Konstanten des Materials entsprechend den oben abgeleiteten Gleichungen und den
Winkel a gegeben ist. Würde man bei der Anordnung der F i g. 1 beliebig polarisiertes
Licht in Richtung (I10) eintreten lassen, würde der Anteil der Polarisation, der
senkrecht zur Zeichnungsebene steht, als ein weiterer Strahl 5 wieder aus dem Kristall
austreten, dessen Richtung wegen des Unterschiedes der richtungsabhängigen Indizes
n, und n3 von der des Strahles 3' abweichen und dessen Austrittsrichtungen in der
Anordnung der F i g. 1 nicht elektrisch beeinflußt werden würden.
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Es steht somit ein in s°_ner Austrittsrichtung elektrisch beeinflußbarer
Strahl entsprechend 3', 3", 3"' für den jeweiligen. vorgesehenen technischen Verwendungszweck
zur Verfügung. Insbesondere kann unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen elektrooptischen
Ablenkverfahrens entsprechend dem Beispiel der F i g. 2 eine beispielsweise für
Nachrichtenübermittlung verwendbare Modulation der Lichtstrahlung erreicht werden.
Man läßt die vom Lichterzeuger 21, beispielsweise einem Laser, ausgehende.
Strahlung durch ein oben beschriebenes Prisma 22@ treten, das in einer der jeweiligen
Höhe der Modulationsfrequenz angcpaßten Weise, für hohe Frequenzen beispielsweise
in einem nicht dargestellten Hohlleiter eingebaut, an den Generator 23 der Modulationsspannung
angeschlossen ist. Der Strahl 24,
der bei 25 aus dem Kristall austritt und
der beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt hat, fällt mit je nach Ablenkung
mehr oder weniger großem Anteil durch die Blende 26 als amplitudenmodulierter Strahl
27 hindurch. Durch eine nachfolgende zylindrische Sammellinse 28 mit einem
Brennpunkt in 25 kann gegebenenfalls die Ablenkung entsprechend einer für Signalübertragung
gewünschten, konstant bleibenden Richtung des Strahls 29 nach Durehtritt durch die
Linse kompensiert werden.
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Durch entsprechende Wahl der Form der Offnung der Blende wird bei
gegebenem Querschnitt des auffallenden Strahles eine Entzerrung der durch Richtungsablenkung
und Abschattung an der Blende erzielten Modulation erreicht. Die Modulation wird
dadurch linear abhängig von der zur Steuerung angelegten Feldstärke.
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Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung betrifft F i g.
3 (mit F i g. 1 übereinstimmende Teile der F i g. 3 sind mit gleit-lien Ziffern
wie in F i g. 1 versehen). Der Winkel a des Prismas 1 wird so groß gewählt,
daß der Strahl 3, wie in F i g. 1, jedoch vorteilhafterweise für diese Anordnung
als leicht konvergent gemachtes Strahlenbündel 31 mit einem Brennpunkt, mit 32,
denn '#:trstrittspunkt seines Mittelstrahles in der Fläche, zusammenfällt, unter
einem Winkel nahe der Totalreflexion, d. h. mit dem Mittelstrahl 33 des Bündels
schleifend zur Fläche 4, aus dem Kristall austritt.
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Durch den Einfluß eines elektrischen Feldes im Kristall, z. B. eines
solchen mit einer Komponente senkrecht zur Zeichnungsebene, wird bei gleichbleibenden
Einfallswinkeln der Strahlen des Bündels 31 bei Auftreffen von 31 auf der Kristallfläche
4 durch , elektrische Beeinflussung des Wertes des für das Strahlenbündel
31 gültigen Brechungsindizes im Kristall der Wert für den Winkel der Totalreflexion
für 31 an der Fläche 4 verkleinert oder vergrößert, d. h., es unterliegt
ein mehr oder weniger großer Anteil des Bündels der Totalreflexion an der Fläche
4.
Dieser totalreflektierte Anteil 37 wird durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise
in der F i g. 3 durch einen Zusatzkörper 35, z. B. ein Prisma, das Strahlenbündel
wie 38 weggelenkt. Das aus dem Kristall bei 32 austretende Strahlenbündel 34 und
damit die gesamte Strahlungsintensität von 31 kann also durch kleine Feldstärken
mit einem Modulationsgrad bis zu 100°/Q gesteuert werden. Mit einer zylindrischen
Sammellinse 36, deren Brennpunkt in - 32 liegt, kann das von 32 ausgehende Lichtbündel
in sich parallel gerichtet werden, z. B. in die Richtung, die gleichzeitig tangential
zur Fläche 4 und zur Zeichnungsebene ist.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß auch eine Amplitudenmodulation
direkt durch die Ablenkung auftritt bzw. erreicht werden kann, da entsprechend den
bekannten Fresnelschen Formeln über die Energieaufteilung auf den durch eine Grenzfläche
durchtretenden und den an ihr reflektierten Anteil der auffallenden Strahlung diese
Energieanteile abhängig von den Brechungswinkeln sind, sich also mit Änderung der
Ablenkung selbst ändern.
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Die technische Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen
Ablenkung optischer Strahlen, insbesondere von monochromatischen, vorzugsweise scharfgebündelten
Strahlen eines Lasers, liegt im allgemeinen in der Möglichkeit der elektrischen
Ablenkung optischer Strahlen, insbesondere in der sehr hochfrequenten impulsmäßigen
bzw. alternierenden Ablenkung sowie im besonderen in der Ausnutzung dieses Ablenkverfahrens
für Zwecke, bei denen optische Strahlung insbesondere hochfrequent gesteuert bzw.
moduliert werden soll.
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Die Verwendung von Festkörpern, wie etwa KDP, für das erfindungsgemäße
Ablenkverfahren erfordert nur sehr wenig Steuerleistung, da KDP, wie auch andere
entsprechende Festkörper, im Gegensatz zu elektrisch doppelbrechenden Flüssigkeiten
auch bei hohen Frequenzen, beispielsweise GHz, geringen Verlustwinkel haben.
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Gegenüber dem an sich bekannten Verfahren zur Modulation von .Strahlung,
insbesondere von Laserstrahlung, bei dem die elektrische Doppelbrechung über die
Drehung der Polarisationsebene ausgenutzt wird und der Strahl eine angemessene Weglänge
unter der Einwirkung des elektrischen Feldes im Kristall zurücklegen muß, damit
ein merkbarer Effekt zustande kommt, hat das erfindungsgemäße Verfahren der Modulation
durch Ablenkung der Strahlen den Vorteil, daß für eine gewünschte Ablenkempfindlichkeit
lediglich zwei gegeneinandergeneigte Kristallflächen vorhanden sein müssen und der
Strahl selbst nur einen beliebig kleinen Weg im Kristall
zurücklegt.
Dementsprechend kann das mit elektrischem Feld zu durchsetzende Volumen des Kristalls
klein sein, wodurch die Verluste gering gehalten werden können.