ACOUSTO-OPTIC DEVICE AND METHOD OF MAKING THE SAME

Abstract: An acousto-optical device is described which contains a base body (14) of interactive material with a bonding layer, a transducer layer (36) and electrodes (46, 48). The electrodes (46, 48) comprise a metal layer which is applied above the transducer layer (36) and essentially covers the area of the transducer layer (36). Due to the electrode design which covers the transducer layer (36) which, in turn, rests directly on the acoustical boundary area of the base body (14) of optical interactive material and covers the latter, the optical interactive material acts like a waveguide in the region of interaction. The acoustical beam is limited and cannot be diffracted as previously. In consequence, diffraction and interference effects which generate local minima in the acoustical field are avoided. The result is a simplified electrode pattern which can be used for generating deflected light without the previous dependence on the beam position. A method for producing such a device is described. <IMAGE>

Description: Akustooptische Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft eine akustooptische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Akustooptische Vorrichtungen, die auch als Sperrwellenvorrichtungen bezeichnet werden können, sind aus zwei Elementen zusammengesetzt, einem akustooptischen Wandler bzw. einer Wandlerschicht und einem optischen Wechselwirkungsmedium bzw. Basiskörper aus optischem Wechselwirkungsmaterial. Die Wandlerschicht ist an dem Basiskörper fixiert und wird durch ein elektrisches Signal zu Schwingungen angeregt. Dieses erzeugt in dem Basiskörper eine Schallwelle geeigneter Frequenz. In dem Basiskörper kann sich ein optischer Strahl, üblicherweise ein Laserstrahl, ausbreiten, der mit der Schallwelle wechselwirken kann. Diese Wechselwirkung kann unter gewissen Winkelbedingungen den optischen Strahl um einen Winkel ablenken, der als das Doppelte des "Bragg-Winkels" bekannt ist. Durch Steuerung der Frequenz und Intensität des akustischen Strahls können der Winkel und die Intensität des optischen Strahles gesteuert werden. Das die Wandlerschicht in Schwingungen versetzende elektrische Signal wird an diese über Elektroden gekoppelt, die durch eine Vakuummetalisierung oder ein anderes geeignetes Verfahren auf der Oberseite der Wandlerschicht aufgebracht werden. Es wurde gefunden, dass die Form oder das Muster der einen oder mehreren Elektroden die Form der akustischen Welle in dem Basiskörper beeinflusst. Bei den bisherigen Vorrichtungen wird ein Wandlerelektrodenmuster verwendet, das rhombisch oder nach einer gaussschen Kurve geformt ist. Diese Formen sind für die Vermeidung von Ungleichmässigkeiten günstig, die in dem akustischen Strahl aufgrund von Beugungs- und Interferenzeffekten erzeugt werden. Diese Ungleichmässigkeiten bilden lokale Minima in dem akustischen Wellenmuster, das den optischen Strahl ablenkt, und stören die Fähigkeit der sauberen Steuerung des optischen Strahls. Zusätzlich legt das Erfordernis spezieller Formen und Muster für die Elektroden bei der Produktion oder Fabrikation akustooptischer Vorrichtungen eine zusätzliche Bürde und Kosten beim Herstellungsprozess auf. Ausserdem bleibt bei den bekannt akustooptischen Vorrichtungen das unter- und ausserhalb der Elektroden liegende Wechselwirkungsmaterial des Basiskörpers ungenutzt. Die akustooptische Wechselwirkung innerhalb des optischen Wechselwirkungsmediums bzw. Basiskörpers ist auf das Volumen begrenzt, das als eine Projektion unterhalb des Wandlers angesehen werden kann, und das Vorhandensein des zusätzlichen umgebenden Wechselwirkungsmaterials des Basiskörpers stellt eine Vergeudung verfügbaren kristallinen Wechselwirkungsmaterials dar. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine akustooptische Vorrichtung anzugeben, bei welcher Beugungsund Interferenzeffekte, die Ungleichmässigkeiten in dem akustischen Strahl verursachen, vermieden sind. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. In Zusammenfassung wird danach diese Aufgabe durch die Angabe eines neuen Elektrodenmusters für eine akustooptische Vorrichtung bzw. Zelle gelöst. Die neue angegebene akustooptische Vorrichtung umfasst eine Basis bzw. Basiskörper aus einem akustooptischen Wechselwirkungsmaterial, die bzw. der ein optisches Fenster zum Ermöglichen des Durchgangs eines optischen Strahls durch den Basiskörper aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial aufweist. Der Basiskörper weist eine akustische Grenzfläche auf, die zum Einringen akustischer Druckwellen in das optische Wechselwirkungsmaterial verwendet wird. An die akustische Grenzfläche ist eine elektrisch leitende Bindeschicht und an die Bindeschicht eine Wandlerschicht angebracht. Die Wandlerschicht deckt die akustische Grenzfläche im wesentlichen ab und spricht zur Erzeugung der besagten akustischen Druckwellen auf ein elektrisches Eingangssignal an. Die Bindeschicht wird zum Einkoppeln der Druckwellen in das Wechselwirkungsmaterial und zum Binden der Wandlerschicht an den Basiskörper verwendet. An der Wandlerschicht ist eine Metallelektrodenschicht angebracht, die ebenfalls die akustische Grenzfläche im wesentlichen abdeckt. Der Basiskörper ist in einem Raumvolumen enthalten, -welches durch die Projektion der akustischen Grenzfläche an den Basiskörper gebunden ist. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine akustooptische Vorrichtung geschaffen ist, welche die Verwendung speziell geformter Elektrodenmuster, beispielsweise Muster in Form rhombischer oder gaussscher Kurven nicht benötigt. Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass eine akustooptische Vorrichtung geschaffen ist, bei welcher eine kleinere Menge Materials als bei Vorrichtungen vergleichbarer Ausführung verwendet ist, welche eine geringere Herstellungsgenauigkeit erfordert und grössere Toleranzen bei ihrem Herstellungsprozess erlaubt, und welche einfacher und wirtschaftlicher ist, als existierende Konstruktionen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Wandlerschicht aus Lithiumniobat (Anspruch 2) und das optische Wechselwirkungsmaterial aus einem Material mit einem hohen akustooptischen Dynamikbereich, beispielsweise aus kristallinem Tellurdioxid bzw. Te02 bestehen (Anspruch 3). Bei zwei weiteren Ausgestaltungen sind zwei Elektrodendesigns für die akustooptische Vorrichtung oder Zelle gezeigt. Ein Design ist das sog. geteilte Wandler"- oder "Kippwandler"-Design (splint oder flip transducer'1-design) (Anspruch 4) und das andere Design das sog. "Einwandler"- Design ("single transducer-design) (Anspruch 5). Bei einer nach dem "geteilten Wandler"-Design konstruierten Vorrichtung ist die auf die Oberseite der Wandlerschicht aufgebrachte Metallschicht oder Elektrode als zwei oder mehr getrennte, jedoch eng aneinandergrenzende Bereiche vorgesehen, die sich auf der Oberseite des Wandlers befinden. Diese Bereiche umfassen eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die zum Anschliessen einer elektrischen Quelle an die akustooptische Vorrichtung verwendet werden, um den Wandler in Schwingungen zu versetzen und dadurch die akustischen Druckwellen zu erzeugen. Bei der gemäss dem ''Einwandler'l-Design hergestellten akustischen Vorrichtungen ist eine kontinuierliche Metallschicht direkt aufgebracht, um das Ganze der Wandlerschicht abzudecken. Jedoch ist die Bindeschicht, die direkt auf die akustooptische Grenzfläche des wechselwirkenden Materials aufgebracht ist, nicht vollständig von der Wandlerschicht abgedeckt. Es ist ein längs einer Seite des Basiskörpers befindlicher freiliegender Streifen vorgesehen, und dieser dient als eine zweite Elektrode zum Eingeben der elektrischen Energie in die akustische Vorrichtung oder Zelle. Die Metallelektrodenschicht, die einen angrenzenden Elektrodenbereich umfasst, der im wesentlichen die Wandlerschicht abdeckt, wird als eine erste Elektrode des Zweielektrodenpaares benutzt. Andere Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und aus den Ansprüchen. Soweit die erfindungsgemässe akustooptische Vorrichtung als Gegenstand. Es wird nun auf das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer akustooptischen Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eingegangen. Der übliche Lösungsweg bei der Erzeugung akustooptischer Vorrichtungen liegt darin, einen Wandler an einen Basiskörper aus optischen Wechselwirkungsmaterial zu binden. Der Wandler ist eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material, beispielsweise Lithiumniobat, der zur Bildung einer akustischen Druckwelle in dem optischen Wechselwirkungsmaterial benutzt wird. Danach wird unter Verwendung eines Vakuummetallisierungsprozesses ein Vielfach von Elektrodenmuster auf der Oberseite des Wandlers erzeugt. Die Vorrichtung oder Zelle wird dann in die Vorrichtungsendform durch Schneiden oder Durchtrennen der Vorrichtung oder Zelle zwischen den Elektrodenmustern zerteilt. Bei den alten Methoden wird, wie schon erwähnt, optisches Wechselwirkungsmaterial, das ausserhalb des Bereiches unter den Elektroden liegt, vergeudet. Die akustooptische Wechselwirkung in dem Basiskörper ist auf das Volumen begrenzt, das als Projektion von den Elektrodenmustern be trachtet werden kann und das Vorliegen des zusätzlichen umgebenden Materials bildet eine Vergeudung wertvollen kristallinen Wechselwirkungsmaterials. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird nach Anspruch 6 vorgegangen. Dadurch ist ein Verfahren zur Erzeugung akustooptischer Vorrichtungen geschaffen, das bei der Produktion der Vorrichtungen eine verminderte Vergeudung von Materialien erzeugt. Dieses Ziel wird danach durch die Angabe eines neuen Elektrodenmusters für akustooptische Zellen erreicht. Erfindungsgemäss wird dazu die ganze Oberfläche des Wandlers als eine Elektrode benutzt. Folglich kann die Anzahl der erzeugten Einheiten erhöht werden, weil kein zusätzliches Material vergeudet wird. Der verwendbare optische Bereich der Vorrichtung wird nicht beeinträchtigt. In Zusammenfassung stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung akustooptischer Vorrichtungen bereit, bei welchen eine Wandlerschicht, beispielsweise aus Lithiumniobat, durch eine elektrisch leitende Verbindungsschicht, die zuerst auf der Oberseite des Basiskörpers aus optischem Wechselwirkungsmaterial abgeschieden wird, an ein kristallines optisches Wechselwirkungsmaterial gebunden wird. Auf der Oberseite der Wandlerschicht wird ein Metallelektrodenmuster abgeschieden. Durch die Elektroden kann elektrische Energie zugeführt werden, um den Wandler zur Erzeugung akustooptischer Druckwellen zu erregen. Das Verfahren umfasst die Schritte der Vorbereitung eines Grundkörpers, beispielsweise einer Platte aus optischem Wechselwirkungsmaterial, die so ausreichend gross ist, dass sie in mehrere Teil zerteilt werden kann, von denen jedes eventuell eine brauchbare akustooptische Vorrichtung bilden kann. Danach wird an eine Seite der Platte eine Binde- oder Bondschicht angebracht. Die Bindeschicht ist elektrisch leitend und arbeitet so, dass sie einen elektrischen Schaltkreis schliesst, der zur Erregung des Wandlermaterials zwecks Erzeugung einer akustooptischen Druckwelle verwendet wird. Über der Bindeschicht wird eine dünne Wandlerschicht aufgebracht, die üblicherweise Lithiumniobat enthält. Über dem Lithiumniobatwandler wird eine Schicht aus Metall abgeschieden. Im Gegensatz zu früheren Lösungswegen, bei welchen die Metallelektroden als ein Satz von sich wiederholenden Mustern abgeschieden wurden, von denen jedes die Elektrode oder Elektroden für die akustooptische Zelle definiert, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass es effizienter -ist, die ganze Platte oder Materialmasse bzw. den Basiskörper mit einer Metallschicht abzudecken und danach in die einzelnen akustooptischen Zellen zu zerteilen. Folglich ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Basiskörperfläche im wesentlichen durch die Elektrode abgedeckt und es bleibt bei der Endkonfiguration kein überflüssiges und vergeudetes Wechselwirkungsmaterial übrig, während bei den bisherigen Methoden durch die Notwendigkeit einer Durchtrennung zwischen den Elektrodenmustern eine Vergeudung resultierte und dadurch Zellen erzeugt wurden, bei denen der Basiskörper aus optischem Wechselwirkungsmaterial grösser ist als die Elektrodenmuster. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens gehen aus den Ansprüchen 7 bis 9 hervor. Zur Herstellung einer Vorrichtung, die das sog. "geteilte Wandler"- oder 'tKippwandler"-Design aufweist, bei dem der Basiskörper aus Wechselwirkungsmaterial im wesentlichen ein rechtwinkeliger Block ist, der in einem letzten Schritt in Längsrichtung durchtrennt und so in einzelne akustooptische Zellen geschnitten wird, sieht das Verfahren nach Anspruch 8 vor, dass die metallisierten Elektroden in zwei langgestreckten Abschnitten abgeschieden werden, die sich in Längsrichtung des rechtwinkeligen Basiskörpers erstrecken. Wenn der Basiskörper in zwei individuelle Vorrichtungen oder Zellen geschnitten wird, ist jede Zelle mit zwei Elektroden auf der Oberseite der dünnen Wandlerschicht versehen. Die Oberseite der Vorrichtung ist im wesentlich mit den Elektroden ''abgedecktl'. Bei der Herstellung einer Vorrichtung, die das sog. "Ein- wandler"-Design aufweist, bei dem die metallisierte Elektrode im wesentlichen die ganze Fläche des Lithiumniobatwandlers abdeckt, bleibt ein Teil der Bindefläche unter der Wandlerschicht längs einer Seite der Basis frei (Anspruch 9). Die oberseitige Elektrode, welche den ganzen Flächenbereich des Lithiumniobats deckt, bildet eine erste Elektrode, während die freiliegende Verbindungsschicht als eine Anschlussfläche für eine zweite Elektrode dient. Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und aus den Ansprüchen. Zum vollständigen Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte nun Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und auf die beigefügten Zeichnungen genommen werden. Von den Figuren zeigen: Figuren 1 bis 4 Stand der Technik-Darstellungen, welche die verschiedenen Schritte bei der Pro duktion einer akustooptischen Vorrichtung zeigen; Figur 5 den aufgrund von Beugungsphänomenen sich ausbrei tenden Strahl in einer herkömmlichen Vorrichtung; Figur 6 das Strahlablenkungsprinzip einer akustooptischen Vorrichtung; Figur 7 und 8 bekannte Elektrodenmuster-Designs zur Mini mierung der Strahlausbreitungseffekte; Figur 9 eine akustische Strahlausbreitung in einer er findungsgemässen Vorrichtung; ; Figur 10 einen Grundkörper aus einem optischen Wechsel wirkungsmaterial, auf dessen Wandlerschicht Elektroden in Form zweier länglicher Streifen aufgebracht sind und aus dem erfindungsgemässe akustooptische Zellen produziert werden können; Figur 11 eine aus dem Körper nach Figur 10 resultierende akustooptische Zelle; Figur 12 eine weitere Ausführungsform zum Aufbringen von Elektroden und Elektrodenmetall auf die Wand lerschicht einer Platte aus optischem Wech selwirkugnsmaterial; und Figur 13 eine akustooptische Zelle, die aus dem Körper nach Figur 12 gewonnen ist. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 13 der Zeichnungen beschrieben. Der akustooptische Effekt bezieht sich auf die Wechselwirkung optischer Wellen mit akustischen Wellen in einem Wechselwirkungsmedium. Ein Ergebnis dieser Wechselwirkung liegt darin, dass die optischen Wellen ähnlich wie bei einem geblazten Beugungsgitter in gewissen Richtungen oder Ordnungen abgebeugt werden. Durch diesen Effekt kann eine optische Grösse durch Manipulieren einer anderen Grösse, nämlich einer akustischen Welle gesteuert oder kontrolliert werden. Vereinfachend kann gesagt werden, dass eine akustooptische Vorrichtung die folgenden drei Komponenten kombiniert. Ein Wechselwirkungsmedium, in welchem die optischen Wellen und die akustischen Wellen oder Ultraschallwellen wechselwirken, ein Wandler, der die akustooptischen Wellen erzeugt und aus dem diese Wellen in das Wechselwirkungsmedium gekoppelt werden, und Elekroden, durch welche elektrische Leistung an den Wand ler angelegt wird und welche den Wandler veranlassen, akustische Wellen zu erzeugen. Da jedoch die akustischen Eigenschaften des Wandlers durch den Typ oder die Art und die Grösse des elektrischen Eingangssignals beeinflusst wird, ist leicht einzusehen, dass letztendlich die optischen Wellen, die in das Wechselwirkungsmedium eindringen, elektrisch gesteuert werden. Während der letzten Dekade sind akustooptische Vorrichtungen zunehmend zur Laserstrahlsteuerung benutzt worden. Laser-Computer-Drucksysteme, Laserplattenherstellung, Videoplattenaufzeichnung, Faksimiliesysteme und verschiedene andere Anwendungen stehen mit akustooptischen Vorrichtungen in Verbindung. Typischerweise wird ein akustooptischer Modulator aus einem Material hergestellt, der einen hohen akustooptischen Dynamikbereich aufweist, beispielsweise aus einem kristallinen Tellurdioxid bzw. TeO2, mit dem ein piezoelektrisches Wandlermaterial, beispielsweise Lithiumniobat bzw. LiNbO3, verbunden ist. Eine mit der Vorrichtung durch Elektroden verbundene Radio- oder Hochfrequenzquelle regt den Wandler zu Schwingungen an. Diese Schwingungen werden durch Bindeschichten in das akustooptische Material eingekoppelt, wo sie sich als akustische Druckwellen ausbreiten und periodische Variationen der Brechzahl des Mediums verursachen. Die Variationen haben die gleiche Frequenz wie die Hochfrequenzquelle und sind mit dieser in Phase. Wenn die einfallenden Strahlen, beispielsweise ein Laserstrahl im Braggwinkel in Bezug auf die akustischen Wellenfronten in dem Medium richtig fokussiert sind, wird ein Teil der optischen Leistung unter einem Winkel gebeugt, der gleich dem Doppelten des Braggwinkels ist. Die Prinzipien, welche die Arbeitsweise einer akustooptischen Vorrichtung beherrschen, können leicht unter Bezugnahme auf die Figur 6 der Zeichnung verstanden werden. Innerhalb eines Basiskörpers 14 optisch transparentem Material wird durch elektrische Aktivierung eines Wandlers 10 ein Phasengitter ausgebildet, das als Linien 12 angedeutet ist. Allgemein wird das Phasengitter 12 durch eine Brechzahländerung aufgrund des sog. fotoelastischen bzw. elektrischen Effekts erzeugt. Die Stärke dieser Änderung hängt von der Schallamplitude und der Grösse des fotoelektrischen Effekts des speziellen Materials ab. Wenn ein Lichtstrahl durch den Basiskörper 14 aus dem optisch transparenten Material unter einem Winkel GB zur Ebene der sich ausbreitenden akustischen Welle hindurchgeht, wird dieser Strahl in einen Satz mehrerer Strahlen gebeugt. Unter wohlbekannten Bedingungen existieren im wesentlichen nur zwei Beugungsordnungen, der Strahl 18 nullter Ordnung und der Strahl 20 erster Ordnung. Dies stellt die sog. Bragg-Bedingung akustooptische'r Wechselwirkung dar. Wenn die Braggzelle als ein Lichtmodulator benutzt wird, variiert man einfach die Amplitude der Schallintensität gemäss der Eingangsinformation, beispielsweise Video, digitale Daten, usw., wodurch einem Teil des gebeugten Strahls eine Amplitudenmodulation erteilt wird. Ursprünglich wurden zur Erzeugung des akustischen Strahls rechtwinkelig und doppelrechtwinkelig geformte Elektroden benutzt. Die Figur 2 zeigt ein Elektrodenmuster 22 für eine Vorrichtung in Form einer einzigen akustooptischen Zelle. Auf der Oberfläche des Basiskörpers aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial sind Elektroden so positioniert, dass sich die in Figur 6 gezeigten akustischen Wellen 12 in einer Richtung ausbreiten, die orthogonal zu der durch einen Pfeil 16 angedeuteten Richtung des einfallenden Lichtstrahls ist. Da die Elektroden 22 die Oberfläche des Basiskörpers 14 aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial, an dem der akustische Wandler angebracht ist, nicht voll abdecken, füllen die akustischen Druckwellen fronten das Volumen des Basiskörpers 14 aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial 14 nicht aus, sondern sind vielmehr auf den Raum 24 begrenzt, der in der Figur 4 durch gestrichelte Linien umrissen ist. Folglich erfahren die akustischen Wellenfronten aufgrund von Beugungs- und Interferenzeffekten eine in Figur 5 der Zeichnungen gezeigte Strahlaufweitung 26. Diese Ungleichmässigkeiten erzeugen lokale Minima im akustischen Wellenfeld, welche den optischen Strahl weniger als gewünscht ablenken, zwar mit dem gleichen Winkel, jedoch mit kleinerer Intensität. Eine Lösung dieses Problems lag darin, die in den Figuren 2 und 3 gezeigte rechtwinkelige Form der Elektroden in eine in Figur 8 gezeigte gausskurvenförmige Elektrode 28 oder in eine in Figur 7 gezeigte rhombusförmige Elektrode 30 abzuändern. Dies basiert auf theoretischen Berechnungen, die zeigen, dass daraus gleichmässigere akustische Wellen resultieren. Trotzdem bleibt selbst bei der rauten- oder gausskurvenförmigen Elektrodenform 30 bzw. 28 ein Nachteil bei der Herstellung darin bestehen, dass die Fabriaktion mehrfacher Vorrichtungen ein Elektrodenmuster 32 nach Figur 3 auf einem Basiskörper 14, beispielsweise einer Platte oder Scheibe aus einem optischen Wechselwirkungsmaterial 14 erzeugt werden muss und individuelle Zellen durch Schneiden oder Durchtrennen des Basiskörpers 14 aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial zwischen den Elektrodenmustern erhalten werden. Folglich ist es nicht nur notwendig, dass das Schneidwerkzeug sorgfältig zwischen den Elektrodenmustern ausgerichtet wird, sondern es wird auch jedes ein Elektrodenmuster umgebende Wechselwirkungsmaterial des Basiskörpers 14 vergeudet, weil es nichts zum optischen Wechselwirkungsvolumen der Vorrichtung beiträgt. Die Erfinder haben entdeckt, dass durch vollständige Abdeckung der Wandlerschicht mit den Elektroden die Nachteile bei der Herstellung beseitigt wird und ebenso die Beugungs- und Interferenzeffekte gelöst werden. Durch die Konstruktion einer akustooptischen Vorrichtung bzw. AO Vorrichtung, die voll durch die Elektroden abgedeckt ist - die Einzelheiten werden unten dargelegt - arbeitet die Vorrichtung als ein Wellenleiter, welcher den akustischen Strahl begrenzt und das Auftreten der unerwünschten Beugungen verhindert. Daher werden gleichförmige akustische Druckwellen 34 nach Figur 9 erzeugt und Licht, das durch das durch den Basiskörper 14 aus optischem Wechselwirkungsmaterial hindurchgeht, wird ohne spezielle Abhängigkeit von der Strahlposition in diesem Körper abgelenkt. Bei der Erzeugung akustooptischer Vorrichtungen wird ein beispielsweise block- oder plattenförmiger Basiskörper aus Wechselwirkungsmaterial präpariert. Wie oben dargelegt, enthält das Wechselwirkungsmaterial einen Stoff mit hohem akustooptischem Dynamikbereich, beispielsweise kristallines Tellurdioxid. Auf eine geeignete Schicht des Basiskörpers aus dem optischen Wechselwirkungsmaterial wird eine nicht dargestellte Bond- bzw. Bindeschicht aufgebracht. Die Bindeschicht ist elektrisch leitend und dient sowohl zum Schliessen eines zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen elektrischen Kreises als auch zum Binden einer dünnen Wandlerschicht 36 an den Basiskörper 14. Das für die Bindeschicht verwendete Material wird so ausgewählt, dass es sowohl eine gute Haftung zwischen der Wandlerschicht 36 und dem Basiskörper 14 als auch eine effiziente Kopplung akustischer Energie aus dem Wandler 36 in den Basiskörper 14 ermöglicht. Der dünne Wandler 36 deckt im wesentlichen die Oberfläche des Basiskörpers 14, auf den die Bindeschicht aufgebracht ist, ab. Danach wird auf den Wandler 36 ein Elektrodenmuster 22 nach Figur 3 aufgebracht, das zum Zuführen elektrischer Energie zum Wandler verwendet wird, um diesen in Schwingung und die akustischen Wellen in Bewegung zu setzen. In seinem vorliegenden Zustand bildet der Basiskörper 14 in Form eines Blockes oder einer Platte aus dem Wechselwirkungsmaterial viele akustooptische Vorrichtungen, die auf dem Basiskörper gewachsen und erzeugt werden. Vorrichtungen in Form von Einzelzellen werden dadurch erhalten, dass der Block 14 in den Bereichen zwischen Elektroden geschnitten oder durchtrennt wird, wodurch eine nach Figur 2 geformte Zelle erzeugt wird. Beim Betrieb tritt Licht in die akustooptische Vorrichtung durch ein optisches Fenster 38 dieser Vorrichtung in der durch den Pfeil 40 angedeuteten Richtung ein. Die vom Wandler erzeugten akustischen Wellen breiten sich in Abwärtsrichtung aus, wechselwirken mit der optischen Welle und beugen diese zur Erzeugung eines gewünschten optischen Ausgangssignals. Da jedoch die Elektroden nicht den ganzen Bereich der Oberfläche 42 der akustooptischen Vorrichtung oder Zelle abdecken, ist der benutzbare Bereich des Basiskörpers aus Wechselwirkungsmaterial auf das Volumen 24 begrenzt, das in der Figur 4 als schraffierter Bereich angedeutet ist. Folglich resultiert eine unnütze Verschwendung von Wechselwirkungsmaterial. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es nicht notwendig, die Elektroden in einem bekannten Muster nach Figur 2 anzubringen. Es wurde gefunden, dass eine grössere Fabrikationseffizienz, ein einfacherer Lösungsweg und bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn der Wandlerbereich vollständig mit Elektrodenmaterial abgedeckt und die Erzeugung der Elektroden in Form eines vorbestimmten Musters vermieden wird. Nach Figur 10 umfassen die Elektroden zwei Bereiche, die entlang eines in Längsrichtung verlaufenden trennenden Zwischenraums 44 geteilt sind, sodass eine erste Elektrode 46 und eine zweite Elektrode 48 einer akustooptischen Vorrichtung definiert sind. Durch nachfolgendes Schneiden oder Durchtrennen des Basiskörpers aus dem Wechselwirkungsmaterial längs gestrichelter Linien 50 resultiert eine akustooptische Zelle nach Figur 11, welche die folgenden Vorteile und Eigenschaften aufweist. Zwischen die erste Elektrode 46 und die zweite Elektrode 48 wird zur Erzeugung der Schwingungen in dem dünnen Wandler, der unter den Elektroden angeordnet ist, eine elektrisch Quelle 52 geschaltet. Die elektrische Energie tritt durch eine Elektrode ein und wird durch den Wandler aus Lithiumniobat kapazitiv auf die darunter angeordnete elektrisch leitende Bindeschicht übertragen. Die Bindeschicht überträgt ihrerseits die elektrische Energie durch den Wand ler auf die zweite Elektrode und dann zur Quelle 52 zurück. Die in dem Wandler erzeugte akustische Energie breitet sich in den darunter befindlichen Basiskörper aus dem Wechselwirkungsmaterial aus und füllt das ganze Volumen dieses Körpers mit akustischen Wellen. Die optischen Wellen treten in einer zu den akustischen Wellen senkrechten Richtung ein und werden nach bekannten Prinzipien kontrolliert und umgeformt. Ein unmittelbarer Vorteil wird aus der Tatsache erhalten, dass eine Vergeudung oder Verschwendung vermieden wird, weil das ganze Volumen des Basiskörpers aus dem Wechselwirkungsmaterial für Anwendungszwecke verfügbar ist. Ausserdem verhält sich die Vorrichtung wie ein Wellenleiter und die akustischen Wellen sind im wesentlichen gleichförmig, wodurch die Erzeugung unerwünschter Interferenzeffekte vermieden wird. Weitere Vorteile liegen darin, dass für die Anwendung der metallisierten Elektroden 46, 48 auf den Wandler ein einfacher Mechanismus verwendet werden kann und ausserdem darin, dass die Schneid- oder Durchtrennungsschritte vereinfacht werden. Beispielsweise war es bisher notwendig, das Schneidwerkzeug und die Platte aus dem Wechselwirkungsmaterial sorgfältig auszurichten, um sicherzustellen, dass Schnitte exakt zwischen den Elektrodenmustern erzeugt werden. Bei dem vorliegenden Verfahren jedoch ist nur notwendig, dass zur Erzeugung einzelner Zellen einer akustooptischen Vorrichtung Teile gleicher Grösse entlang der Längsachse des Blocks oder der Platte geschnitten werden. Eine akustooptische Zelle nach dem in Figur 11 dargestellten Design wird als eine gespalten akustooptische Wandlerzelle bezeichnet, weil bei ihr duale Elektroden 48 und 48 angewendet sind. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Erfindung kann die Idee des vorliegenden Elektrodendesigns auf andere Wandlertypen, inbesondere auf Zellen, angewendet werden, welche die sog. "Einzelwandler"-Lösung anwenden. Bei einem "Einzelwandler"-Design (siehe Figuren 12 und 13) deckt das Lithiumniobat oder das andere Wandlermaterial die Bindeschicht nicht vollständig ab. Auf einer Seite wird ein freiliegender Streifen 54 belassen, der dazu vorgesehen ist, als eine der zwei Elektroden zu fungieren, die für den Betrieb einer akustooptischen Zelle notwendig sind. Danach wird der Wandler selbst vollständig mit einer Metallelektrode 56 abgedeckt, die durch Vakuumabscheidung auf dem Wandler abgeschieden werden kann und keine Rücksichtnahme auf irgendein Muster erfordert, mit der Ausnahme, dass sichergestellt ist, dass sie den Wandler vollständig abdeckt, so dass eine Vergeudung von Wechselwirkungsmaterial vermieden ist. Einzelne Zellen werden durch Schneiden oder Durchtrennen des Blocks aus Wechselwirkungsmaterial in Zellen entlang der Längslinie auf ähnliche Weise erzeugt, um die in Figur 13 gezeigte Vorrichtung zu erzeugen. Bei der Zelle nach Figur 13 ist eine Seite der elektrischen Quelle 52 mit der ersten Elektrode verbunden, welche den ganzen Bereich über dem Wandler umfasst. Der andere Eingangsanschluss der Quelle 52 ist mit der Bindeschicht direkt oder durch eine miniaturisierte Anschlussfläche bzw. ein Minipad 56 verbunden und dient zum Schliessen des erforderlichen elektrischen Schaltkreises. Der elektrische Schaltkreis arbeitet so, dass die elektrische Energie zur oberseitigen Elektrode 56 und durch den Lithiumniobatwandler zur Bindeschicht und zurück zur elektrischen Quelle geleitet wird. Die Vorteile und Effizienzen dieser "Kipp wandlerX-Lösung sind den Vorteilen der oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform ähnlich oder dazu fast identisch. In Zusammenfassung wurde eine akustooptische Vorrichtung beschrieben, die einen Basiskörper aus Wechselwirkungsmaterial mit einer Bindeschicht, eine Wandlerschicht und Elektroden enthält. Die Elektroden umfassen eine Metallschicht, die über der Wandlerschicht angebracht ist und im wesentlichen die Fläche der Wandlerschicht abdeckt. Durch das Elektrodendesign, dass die Wandlerschicht abdeckt, die ihrerseits direkt über der akustischen Grenzfläche des Basiskörpers aus optischem Wechselwirkungsmaterial liegt und diese abdeckt, wirkt das optische Wechselwirkungsmaterial im Wechselwirkungsbereich wie ein Wellenleiter. Der akustische Strahl ist begrenzt und kann nicht wie bisher gebeugt werden. Folglich werden Beugungs- und Interferenzeffekte, die lokale Minima im akustischen Feld erzeugen, vermieden. Das Ergebnis ist ein vereinfachtes Elektrodenmuster, das zur Erzeugung abgelenkten Lichts ohne von der bisher gesehenen Abhängigkeit von der Strahlposition benutzt werden kann. Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sieht vor, dass die Elektroden die Oberfläche der Wandlerschicht vollständig abdecken. Einzelne Vorrichtungen oder Zellen werden durch Schneiden des Basiskörpers aus dem Wechselwirkungsmaterila in einzelne Zellen ohne die Notwendigkeit einer sorgfältigen Ausrichtung zur Ausführung eines Schnittes zwischen Elektrodenmustern hergestellt. Die Elektroden decken im wesentlichen die Wandlerschicht ab und zwischen den Elektrodne bleiben keine ungenutzten Räume. Eine Verschwendung von Wechselwirkungsmaterial wird vermieden.

Claims: Acousto-optical device having a base body (14) consisting of an interactive material for coupling acoustic pressure waves with optical waves, which base body exhibits an optical window for coupling in an optical wave and an acoustic boundary surface for coupling in an acoustic wave into the base body (14), and having a transducer layer (36), which is connected over its surface with the acoustic boundary surface of the base body (14) by an intermediate binding layer consisting of electrically conductive material, for generating the acoustic pressure wave which is coupled into the base body (14) by the binding layer, by application of an electrical signal between two mutually separate metal electrode layers (46, 48), characterised in that the metal electrode layers (46, 48) are applied to the transducer layer (36) and entirely cover the latter with the exception of a slit-shaped intermediate space (44). Device according to Claim 1, characterised in that the transducer layer (36) exhibits lithium niobate. Device according to Claim 1 or 2, characterised in that the interactive material of the base body (14) exhibits tellurium dioxide. Method of making a device according to one of the preceding claims, characterised in that an electrically conductive binding layer is applied to one lateral surface of a starting body consisting of the interactive material for coupling acoustic pressure waves with optical waves and having a length including a multiple of a predetermined length of the respective base body of the devices to be made, on the binding layer a transducer layer (36) is formed and on the transducer layer (36) two metal electrode layers which are separated by a slit-shaped intermediate space extending over the entire length of the starting body are formed, which entirely cover the transducer layer (36) with the exception of the slit-shaped intermediate space, and in that the body made in this manner is severed perpendicular to the longitudinal direction of the slit-shaped intermediate space at intervals corresponding to the predetermined length.

Inventors: AMANO, MASAHARU, ROOS, EDWARD V., SCHEFF, VICTOR
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: G02F1
IPC codes: G02F1