DE3750694T2

DE3750694T2 - Optische Ablenkeinrichtung.

Info

Publication number: DE3750694T2
Application number: DE3750694T
Authority: DE
Inventors: Masami C O Fuji Photo F Hatori; Kozi C O Fuji Photo F Kamiyama; Nobuharu C O Fuji Photo Nozaki
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2007-11-28
Also published as: US4929042A; EP0270027B1; EP0270027A1; DE3750694D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fachgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Ablenkeinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Erfindung betrifft besonders eine optische Ablenkeinrichtung, bei der ein breiter Ablenkwinkelbereich erhalten wird durch zweifaches Ablenken der geführten optischen Welle durch Verwendung von akustischen Flächenwellen.
Wie beispielsweise in der JP-OS 61(1986)-183 626 beschrieben, ist bisher eine optische Ablenkeinrichtung bekannt geworden, bei der Licht zum Eintreten in einen optischen Wellenleiter gebracht wird, der aus einem Material besteht, das die Fortpflanzung einer akustischen Flächenwelle dort hindurch zuläßt, und eine akustische Flächenwelle in einer Richtung erzeugt wird, welche die innerhalb des optischen Wellenleiters fort schreitende geführte optische Welle schneidet, um eine Bragg-Brechung der geführten optischen Welle durch die akustische Flächenwelle zu bewirken, und die Frequenz der akustischen Flächenwelle kontinuierlich geändert wird, um den Brechungswinkel (Ablenkungswinkel) der geführten optischen Welle kontinuierlich zu ändern. Die optische Ablenkeinrichtung dieser Art bringt insofern Vorteile, als die Vorrichtung klein und leicht aufgebaut werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt infolge der Abwesenheit von mechanischen Betätigungselementen im Vergleich zu einem optischen Ablenker vom mechanischen Typ, wie einem Galvanometer-Spiegel oder einem Polygonspiegel, und einem optischer Ablenker, der ein optisches Ablenkgerät benutzt wie einen elektro-optischen Ablenker (EOD) oder einen akustooptischen Ablenker (AOD).
Die genannte optische Ablenkeinrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß der Ablenkwinkel nicht so eingestellt werden kann, daß er groß wird. Insbesondere ist bei der den optischen Wellenleiter benutzenden optischen Ablenkeinrichtung der optische Ablenkwinkel annähernd proportional zur Frequenz der akustischen Flächenwelle, und deswegen muß die Frequenz der akustischen Flächenwelle bis zu einem sehr hohen Wert hin verändert werden, um einen großen Ablenkwinkel zu erhalten. Es ist deshalb notwendig, die Frequenz der akustischen Flächenwelle in einem breiten Bandbereich zu ändern. Um dazuhin die Bragg-Bedingung zu erfüllen, ist es notwendig, den Auftreffwinkel der geführten optischen Welle auf die akustische Flächenwelle durch kontinuierliches Ändern (Lenken) der Fortschreitrichtung der akustischen Flächenwelle zu steuern.
Um die genannten Anforderungen zu erfüllen, wurde, wie beispielsweise in der genannten JP-OS 61-(1986)-183 626 geoffenbart ist, bisher eine optische Ablenkeinrichtung vorgeschlagen, bei der eine Vielzahl von Interdigital-(oder Doppelkamm-)Wandlern, (hier von jetzt ab als IDT = interdigital transducers abgekürzt), welche akustische Flächenwellen erzeugen, deren Frequenzen sich kontinuierlich in unterschiedlichen Frequenzbändern ändern, so angeordnet sind, daß die Erzeugungsrichtung für die akustischen Flächenwellen sich voneinander unterscheiden, und die jeweiligen IDT durch Schalten betätigt werden. Jedoch hat die vorgeschlagene optische Ablenkeinrichtung mit der genannten Ausgestaltung den Nachteil, daß die Ablenk-Wirksamkeit um die Übergangsfrequenz der durch die jeweiligen IDT erzeugten akustischen Flächenwellen abnimmt und deswegen die optische Größe der abgelenkten optischen Welle mit dem Ablenkwinkel fluktuiert.
Bei der genannten Ausgestaltung muß der den Anteil mit großen Ablenkwinkeln ergebende IDT schließlich so gebildet werden, daß er fähig ist, die akustische Flächenwelle mit sehr hoher Frequenz zu erzeugen. Dieses Problem wird nachstehend beschrieben. Der Ablenkwinkel δ der geführten optischen Welle, der durch die akusto-optische Wechselwirkung zwischen der akustischen Flächenwelle und der geführten optischen Welle verursacht wird, wird ausgedrückt als δ = 2R, wobei R den Auftreffwinkel der geführten optischen Welle bezüglich der Fortschreitrichtung der akustischen Flächenwelle bezeichnet. Es gilt auch die Formel
2R = 2 sin&supmin;¹ (λ/2Ne·Λ)
=λ/Ne·Λ
= λ·Ne·v,
worin λ und Ne jeweils die Wellenlänge bzw. den Brechungsindex der geführten optischen Welle und Λ, f und v jeweils die Wellenlänge, die Frequenz bzw. die Geschwindigkeit der akustischen Flächenwelle bezeichnen. Deswegen wird ein Ablenkwinkelbereich Λ(2R) ausgedrückt als
Δ(2R) = Δf-.λ/Ne·v.
Um beispielsweise einen Ablenkwinkelbereich Δ(2R) gleich 10º zu erhalten, in einem Fall, bei dem λ = 0,78 um, Ne = 2,2 und v = 3500 m/s, ist es nötig, daß der Frequenzbereich Δf der akustischen Flächenwelle, d. h. das Frequenzband der an den IDT angelegten Hochfrequenz gleich Δf = 1,72 GHz ist. Falls das genannte Frequenzband eine Oktave umfaßt, so daß schädliche Einflüsse der in zweiter Ordnung gebrochenen Optikwellen-Komponente vermieden werden können, ist die Mittenfrequenz f0 gleich 2,57 GHz und die Maximalfrequenz f2 ist gleich 3,43 GHz. Die Periode Λ des IDT, welches die Maximalfrequenz f2 ergibt, ist gleich 1,02 um, und die Linienbreite W der IDT-Finger ist gleich Λ/4 = 0,255 um.
Mit den gegenwärtig üblichen Photolithographie- und Elektronenstrahl-Zeichenvorgängen, welche die üblichen Verfahren zum Ausbilden des IDT sind, sind die möglichen Linienbreiten jeweils auf ca. 0,8 um bzw. ca. 0,5 um begrenzt. Es ist deshalb nicht immer möglich, einen IDT mit der angeführten sehr geringen Linienbreite auszubilden. Auch dann, wenn ein solcher IDT mit der erwähnten sehr geringen Linienbreite in Zukunft ausgebildet werden könnten kann eine Ansteuerung zum Erzeugen einer hohen Frequenz von ca. 3,43 GHz nicht immer hergestellt werden, oder dies kann nur mit sehr hohen Kosten geschehen. Es ist auch nicht immer möglich, an einen solchen IDT eine hohe Spannung anzulegen. Weiter wird in dem Fall, in dem die Frequenz der akustischen Flächenwelle in der erwähnten Weise erhöht wird, die Wellenlänge der akustischen Flächenwelle natürlicherweise kurz und deshalb wird die akustische Flächenwelle leicht durch den optischen Wellenleiter absorbiert und die Brechungswirksamkeit verschlechtert.
Andererseits wird eine optische Ablenkeinrichtung beschrieben in IEEE-Transactions on Circuits and Systems, Band CAS-26, Nr. 12, Seite 1072 in einem Aufsatz "Guided-Wave Acoustooptic Bragg Modulators for Wide-Band Integrated Optic Communications and Signal Processing" von C.S. Tsai, bei der, statt eine Vielzahl von IDT in der erwähnten Weise durch Schalten zu betreiben, ein Einzel-IDT als ein Krummfinger-Chirp-IDT ausgebildet, bei dem die Wandlerfinger-Linienbreite kontinuierlich geändert wird und die jeweiligen Wandlerfinger Kreisbogenform besitzen und die Frequenz der akustischen Flächenwelle und die Fortschreitrichtung derselben über einen breiten Bereich durch den Einzel-IDT kontinuierlich geändert werden. Bei der hier geoffenbarten Gestaltung können zwar die Nachteile mit Bezug auf Fluktuierung der optischen Größe der optischen Welle mit dem Ablenkwinkel beseitigt werden, jedoch muß die Frequenz der akustischen Flächenwelle immer noch auf einen sehr hohen Betrag eingestellt werden, und deswegen werden die gleichen Probleme auftreten, die vorher angeführt wurden.
Das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Ablenkeinrichtung zu schaffen, bei der keine Fluktuierungen der optischen Größe der optischen Welle in der erwähnten Weise verursacht werden und ein breiter Ablenkwinkelbereich erhalten wird, auch wenn die Frequenz der akustischen Flächenwelle nicht auf ein sehr hohes Maß eingestellt wird.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Ablenkeinrichtung zu schaffen, die eine Verminderung der Größen der optischen Abtast-Aufzeichnungsvorrichtung und der optischen Abtast-Auslesevorrichtung ermöglicht.
Diese Ziele werden erreicht durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Das erste Akustikflächenwellen-Erzeugungsmittel und das zweite Akustikflächenwellen-Erzeugungsmittel können jeweils beispielsweise durch eine Kombination eines Schrägfinger-Chirp- IDT gebildet werden, bei dem die Wandlerfinger-Intervalle schrittweise geändert sind und die Richtungen der Wandlerfinger schrittweise geändert werden, wobei eine Ansteuerung zum Anlegen einer Wechselspannung an den Schrägfinger-Chirp-IDT vorgesehen ist, deren Frequenz sich kontinuierlich ändert.
Mit der zuerst erwähnten optischen Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei der die durch die erste akustische Flächenwelle abgelenkte geführte optische Welle wiederum durch die zweite akustische Flächenwelle abgelenkt wird, kann ein breiter Ablenkwinkelbereich insgesamt auch erzielt werden, obwohl die Frequenzbänder der ersten akustischen Flächenwelle und der zweiten akustischen Flächenwelle nicht auf eine so hohe Größe eingestellt werden. Deswegen fluktuiert die optische Größe der abgelenkten optischen Welle nicht mit dem Ablenkwinkel, wie es der Fall ist, wenn eine Vielzahl von IDT mit Schalten betrieben werden. Dementsprechend kann mit der zuerst erwähnten erfindungsgemäßen optischen Ablenkeinrichtung ein optisches Abtastaufzeichnen oder ein optisches Abtastauslesen genau durchgeführt werden. Da in der erwähnten Weise auch ein breiter Ablenkwinkelbereich erhalten werden kann, kann die Größe der optischen Abtast-Aufzeichnungsvorrichtung oder der optischen Abtast-Auslesevorrichtung gering gehalten werden durch Verkürzen des Abstandes zwischen der optischen Ablenkeinrichtung und der abzutastenden Fläche.
Mit der an zweiter Stelle erwähnten erfindungsgemäßen optischen Ablenkeinrichtung, bei der die einmal durch die erste akustische Flächenwelle gebrochene optische Welle durch die zweite akustische Flächenwelle weiter gebrochen wird und eine derartige Doppelbrechung mit Einzelbrechung kombiniert wird, kann ein sehr breiter Ablenkwinkelbereich erhalten werden. Deshalb kann die Größe der optischen Abtast-Aufzeichnungsvorrichtung oder der optischen Abtast-Auslesevorrichtung gering gehalten werden durch Verkürzen des Abstandes zwischen der optischen Ablenkeinrichtung und der abzutastenden Fläche.
Es kann auch mit der erfindungsgemäßen zuerst erwähnten und der als zweite erwähnten optischen Ablenkeinrichtung ein breiter Ablenkwinkelbereich erreicht werden, obwohl die Frequenzen der ersten und der zweiten akustischen Flächenwelle nicht auf eine beachtliche Höhe eingestellt werden, und es ist nicht notwendig, die Linienbreiten der IDT außerordentlich klein zu halten, wenn die IDT als die Erzeugungsmittel für die akustischen Flächenwellen benutzt werden, und die IDT zur Benutzung als akustische Flächenwellen-Erzeugungsmittel können leicht mit der vorhandenen Technik hergestellt werden. Aus den angeführten Gründen ist es auch nicht notwendig, die Frequenz der an die IDT angelegten Wechselspannungen beachtlich hoch einzustellen, und deswegen kann die Ansteuerung für die IDT leicht und mit geringen Kosten hergestellt werden.
Falls die optische Welle mit der als zweite erwähnten optischen Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung abgelenkt wird, wird der Ablenkwinkel nach der Seite der kleinen Winkel hin im Vergleich zu dem Falle gedehnt, wo die Optikwelle nur mit Doppelbrechung abgelenkt wird.
In diesem Fall kann die Optikwelle, die nicht durch die zweite akustische Flächenwelle im Verlauf der Doppelbrechung gebrochen werden kann, sich innerhalb des ausgedehnten Bereichs der kleinen Ablenkwinkel fortpflanzen in Abhängigkeit von der Einstellung der Ablenkwinkel δ2 und δ3. Insbesondere wird eine unnötige Optikwelle innerhalb des Ablenkwinkelbereichs erzeugt, der als wirksamer Abtastbereich zu benutzen ist. Jedoch beträgt die gegenwärtig durch die akustische Flächenwelle erzielte Brechungswirksamkeit ca. 90%. Wenn deshalb die optische Größe der geführten optischen Welle, bevor die geführte optische Welle die erste akustische Flächenwelle überschneidet, als 1 genommen wird, beträgt die optische Größe der doppelt gebrochenen optischen Welle, die zum optischen Abtasten zu verwenden ist 0,9 · 0,9 = 0,81. Andererseits ist die optische Größe der genannten unnötigen optischen Welle gleich 0,9 · 0,1 = 0,09. Damit ist das Verhältnis der optischen Größe der für das optische Abtasten benutzten optischen Welle und der optischen Größe der unnötigen optischen Welle annähernd 9 : 1. Falls das optische Verhältnis in dieser Größenordnung liegt, kann das Aufzeichnen eines zweiwertigen Bildes im wesentlichen erreicht werden durch Benutzen eines photoempfindlichen Materials, wie es gegenwärtig in der Praxis verwendet wird, wenn auch das Aufzeichnen eines Bildes z.Bsp. mit hoher Gradation nicht immer möglich sein kann.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die eine Ausführung der ersten Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Ausführung nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 A und 3B sind erläuternde Darstellungen, die die Bedingung der Optikwellen-Ablenkung nach der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 4 ist eine Draufsicht, die unterschiedliche Beispiele des ersten bzw. zweiten Akustikoberflächenwellen-Erzeugungsmittels zeigt, wie sie nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden, und
Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Ausführung der zweiten optischen Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Nach Fig. 1 umfaßt eine optische Ablenkeinrichtung 10 einen auf einem Substrat 11 ausgebildeten optischen Wellenleiter 12, einen auf dem optischen Wellenleiter 12 ausgebildeten Fokussierungs-Gitterkoppler (nachfolgend als FGC = focusing grating coupler abgekürzt) 13 zum Einleiten der optischen Welle und einen FGC 14 zum Abstrahlen der optischen Welle. Die optische Ablenkeinrichtung 10 umfaßt auch einen ersten Chirp-Interdigitalwandler mit geneigten Fingern (der Interdigitalwandler wird weiterhin nachfolgend als IDT abgekürzt) 17 und einen zweiten IDT 18 mit geneigten Fingern, zur Erzeugung von jeweils einer ersten akustischen Flächenwelle 15 bzw. einer zweiten akustischen Flächenwelle 16, die in Richtungen fortschreiten, welche den optischen Weg für die zwischen dem FGC 13 und dem FGC 14 fortschreitenden geführten Welle überschneiden, einen Hochfrequenz-Verstärker 19 zum Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung an den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigtem Finger und den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigtem Finger, und einen Wobbler 20 zum kontinuierlichen Ändern (Wobbeln) der Frequenz der Wechselspannung.
Bei dieser Ausführung ist beispielsweise das Substrat 11 aus einem LiNbO&sub3;-Wafer gebildet und der optische Wellenleiter 12 wird gebildet durch Überdecken der Fläche des Wafers mit einem Ti-Diffusionsfilm. Es ist auch möglich, als Substrat 11 ein kristallines Substrat aus Saphir, Si oder dergleichen zu verwenden. Außer der Ti-Diffusion kann der optische Wellenleiter 12 auch dadurch gebildet werden, daß ein unterschiedliches Material auf die Fläche des Substrats aufgesprüht oder vakuumbedampft wird. Verschiedene optische Wellenleiter werden beispielsweise in T. Tamir "Integrated Optics", Topics in Applied Physics, Band 7, Springer-Verlag 1975 und Nishibara u. a. "Integrated Optical Circuit", Ohm, 1985 beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung kann jeder bekannte optische Wellenleiter als optischer Wellenleiter 12 benutzt werden. Der optische Wellenleiter 12 muß jedoch aus einem Material wie beispielsweise dem Ti-Diffusionsfilm gebildet werden, das eine Fortpflanzung der akustischen Flächenwellen dahindurch zuläßt. Der optische Wellenleiter 12 kann auch durch zwei oder mehr Schichten gebildet werden.
Der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern kann beispielsweise gebildet werden durch Aufbringen eines Positiv-Typ-Elektronenstrahl- Resistlacks auf die Fläche des optischen Wellenleiters 12, Abscheiden einer dünnen Au-Leitschicht durch Vakuumaufdampfen auf den Positiv-Typ-Elektronenstrahl-Resistlack, Zeichnen eines Wandlermusters mit einem Elektronenstrahl, Entfernen der dünnen Au-Schicht, Ausführen einer Entwicklung, Abscheiden einer dünnen Cr-Schicht und einer dünnen Al-Schicht durch Vakuumaufdampfen und dann Ausführen von Abhebung in einem organischen Lösungsmittel. Falls das Substrat 11 und der optische Wellenleiter 12 aus einem piezoelektrischen Material gebildet sind, kann die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 auch so erzeugt werden, daß der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweite Chirp- IDT 18 mit geneigten Fingern direkt innerhalb des optischen Wellenleiters 12 oder an dem Substrat 11 angeordnet sind. In anderen Fällen kann ein piezoelektrischer Dünnfilm aus ZnO oder dergleichen an einem Teil des Substrats 11 oder einem Teil des optischen Wellenleiters 12 durch Vakuumverdampfen, Sprühen oder dergleichen ausgebildet werden, und der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern können an der piezoelektrischen Dünnschicht angeordnet sein.
Eine abzulenkende optische Welle L wird zu dem FGC 13 hin durch eine Lichtquelle 21 emittiert, die durch einen Halbleiterlaser oder dergleichen gebildet ist. Die optische Welle L (divergente Welle) wird durch den FGC 13 kollimiert und in den optischen Wellenleiter 12 eingeführt, und wird dann innerhalb des optischen Wellenleiters 12 geleitet. Die geleitete oder geführte optische Welle L1 wird in der gezeigten Weise durch akusto-optische Wechselwirkung mit der durch den ersten Chirp- IDT 17 mit geneigten Fingern erzeugten ersten akustischen Flächenwelle gebrochen (durch Bragg'sche Brechung). Die so gebrochene und abgelenkte optische Welle L2 wird dann durch akusto-optische Wechselwirkung mit der zweiten durch den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern erzeugten akustischen Flächenwelle 16 in eine Richtung gebrochen, welche die zuerst erwähnte Ablenkung verstärkt. Die Frequenz der an den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern angelegten Wechselspannung wird kontinuierlich in der vorher erwähnten Weise geändert, und dadurch wird auch die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 kontinuierlich geändert. Wie sich aus der vorstehend angegebenen Formel (1) klar ergibt, ist der Ablenkwinkel der geführten optischen Welle L2 nach der Brechung durch die erste akustische Flächenwelle 15 annähernd proportional zur Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15. Wenn deshalb die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 in der erwähnten Weise geändert wird, wird die geführte optische Welle L2 kontinuierlich so abgelenkt, wie durch den Pfeil A dargestellt. Die geführte optische Welle L2 wird dann durch die zweite akustische Flächenwelle 16 abgelenkt. Auch die Frequenz der zweiten akustischen Flächenwelle 16 wird kontinuierlich geändert, wie es bei der ersten akustischen Flächenwelle 15 der Fall ist, und deshalb wird die geführte optische Welle L3 nach Durchgang durch die zweite akustische Flächenwelle 16 kontinuierlich so abgelenkt, wie es durch den Pfeil B gezeigt ist. Die geführte optische Welle L3 wird durch den FGC 14 aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlt und durch die konvergierenden Wirkungen des FGC 14 zu einem einzigen Fleck konvergiert.
Der Ablenkwinkelbereich Δδ der aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlten optischen Welle L', d. h. der Ablenkwinkelbereich der geführten optischen Welle L3 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 zeigt die detaillierten Formen und Anordnungszustände des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern. Mach Fig. 2 sind der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern jeweils so ausgebildet, daß Abstände zwischen den Wandlerfingern stufenweise mit einem konstanten Änderungsverhältnis geändert werden und die Richtungen der Wandlerfinger stufenweise mit einem konstanten Änderungsverhältnis geändert werden. Sowohl der erste Chirp-IDT mit geneigten Fingern als auch der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern sind so angeordnet, daß die Seite mit dem kleinsten Wandlerfinger-Abstand, d. h. die Seite der oberen Kante in Fig. 2 jeweils dem Ort der geführten optischen Welle zugewendet ist. Wenn die anliegende Spannung, wie vorher erwähnt, gewobbelt wird, erzeugen die oberen Kantenseiten des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern jeweils die erste akustische Flächenwelle 15 bzw. die zweite akustische Flächenwelle 16 der maximalen Frequenz f2 = 2 GHz, und die unteren Kantenseiten derselben erzeugen jeweils die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 der Minimalfrequenz f1= 1 GHz. Der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern hat eine solche Form, daß die Wandlerfinger an der oberen Kantenseite und die Wandlerfinger an der unteren Kantenseite gegeneinander um 3º geneigt sind, und ist so angeordnet, daß die Wandlerfinger an der oberen Seitenkante einen Winkel von 6º bezüglich der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 bildet, und der Wandlerfinger an der unteren Seitenkante einen Winkel von 3º bezüglich der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 bildet. Andererseits hat der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern eine solche Form, daß die Wandlerfinger an der oberen Seitenkante und die Wandlerfinger an der unteren Seitenkante um 9º zueinander geneigt sind, und ist so angeordnet, daß der Wandlerfinger an der oberen Seitenkante einen Winkel von 18º bezüglich der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 bildet und die Wandlerfinger an der unteren Seitenkante einen Winkel von 9º bezüglich der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 bilden. Masse-Eleketroden der ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern können integral miteinander ausgebildet sein. Auch die Chirp-IDT mit geneigten Fingern, wie sie vorstehend angeführt sind, werden im einzelnen beispielsweise in der genannten Literatur des Verfassers C.S. Tsai beschrieben.
Zu dem Zeitpunkt, da die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 mit 2 GHz durch den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern erzeugt wird, wird der Brechungszustand der geführten optischen Welle wie durch in Fig. 2 angezeigt. In diesem Fall fällt die geführte optische Welle L1 auf die erste akustische Flächenwelle 15 mit 2 GHz mit einem Auffallwinkel von 6º auf, und der Winkel erfüllt die Bragg- Bedingung. Insbesondere ergibt sich, wie in Fig. 3A gezeigt, die Formel
k1 + K1 = k2
wobei k1 und k2 jeweils den Wellenvektor der geführten optischen Welle L1 bzw. den Wellenvektor der geführten optischen Welle L2 nach der Brechung bezeichnet und K1 den Wellenvektor der ersten akustischen Flächenwelle 15. So wird die Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L nach dem Brechen gleich der Richtung des Vektors k2 (Ablenkwinkel δ = 2R = 120). Auch wird zu diesem Zeitpunkt die zweite akustische Flächenwelle 16 mit 2 GHz durch den Wandlerfinger an der oberen Seitenkante des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern in Fig. 2 erregt (der Wandlerfinger bildet einen Winkel von 120 mit Bezug auf den Wandlerfinger an der oberen Seitenkante des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern) und schreitet senkrecht zu dem Wandlerfinger fort.
Deshalb ist der Auftreffwinkel der geführten optischen Welle L2 bezüglich der zweiten akustischen Flächenwelle 16 6º, die zweite akustische Flächenwelle 16 besitzt die gleiche Wellenlänge wie die der ersten akustischen Flächenwelle 16, und so ist die Bragg-Bedingung erfüllt. Insbesondere gilt, wie in Fig. 3A gezeigt, die Formel
k2 + K2 = k3
wobei k3 den Wellenvektor der geführten optischen Welle L3 nach dem Brechen durch die zweite akustische Flächenwelle 16 bezeichnet und K2 den Wellenvektor der zweiten akustischen Flächenwelle 16 bezeichnet.
Von dem eben genannten Zustand aus werden die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und die Frequenz der zweiten akustischen Flächenwelle 16 allmählich auf 1 GHz vermindert. Die Größe K1 und die Größe K2 der Wellenvektoren der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 sind gleich 2π/Λ, wobei Λ die Wellenlängen der ersten akustischen Flächenwelle 15 bzw. der zweiten akustischen Flächenwelle 16 bezeichnet, und sind demzufolge proportional zur Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 bzw. der Frequenz der zweiten akustischen Flächenwelle 16. Deshalb wird zu dem Zeitpunkt, an dem die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und die Frequenz der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils 1 GHz betragen, die Größe des Wellenvektors K1 der ersten akustischen Flächenwelle 15 und die Größe des Wellenvektors K2 der zweiten akustischen Flächenwelle 16 nur die Hälfte der Werte zu dem Zeitpunkt haben, an dem die Frequenzen 2 GHz betragen. Da in diesem Falle die Wandlerfinger des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern zum Anregen der ersten akustischen Flächenwelle 15 mit 1GHz um 3º bezüglich des Wandlerfingers dieses IDT zum Anregen der ersten akustischen Flächenwelle von 2 GHz geneigt ist und der Wandlerfinger des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern zum Anregen der zweiten akustischen Flächenwelle 16 von 1 GHz um 9º bezüglich des Wandlerfingers dieses IDT zum Anregen der zweiten akustischen Flächenwelle von 2 GHz geneigt ist, ändern sich die Fortschreitrichtungen der ersten akustischen Flächenwelle 15 bzw. der zweiten akustischen Flächenwelle 16, d. h. die Richtungen der Wellenvektoren K1 bzw. K2 jeweils um 3º bzw. 9º gegenüber den Richtungen der Wellenvektoren K1 und K2 der ersten akustischen Flächenwelle 15 bzw. der zweiten akustischen Flächenwelle 16 mit 2 GHz. Auch ist in Fig. 3A a &sim; b und demzufolge werden die Wellenvektoren K1 bzw. K2 in dem Fall, in welchem die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 1 GHz sind, so, wie es in Fig. 3B gezeigt.
Wie vorstehend erwähnt, gelten die eben genannten Formeln
k1 + K1 = k2, und
k2 + K2 = k3
auch in dem Fall, wenn die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 1 GHz betragen.
Auch die Größe k1 des Wellenvektors k1 ist gleich n·2π/λ, wobei λ die Wellenlänge der geführten optischen Welle L1 und n den Brechungsindex bezeichnet. Die Wellenlänge ist auch die gleiche für die geführten optischen Wellen L2 und L3 und deswegen gilt die Formel
k1 = k2 = k3
immer. Andererseits wird der Wellenvektor K1 der ersten akustischen Flächenwelle 15 ausgedrückt als 2π/Λ, wobei Λ die Wellenlänge der ersten akustischen Flächenwelle 15 bezeichnet und diese Wellenlänge ist immer gleich der Wellenlänge der zweiten akustischen Flächenwelle 16. Deswegen gilt die Formel
K1 = K2
Ebenfalls ändern sich, wie vorher angeführt, die Richtungen der Wellenvektoren K1 und K2 in konstanten Änderungsverhältnissen, welche der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 eigen sind, zu dem Zeitpunkt, wo die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 von 2GHz auf 1 GHz geändert werden. Deswegen gelten immer die bereits erwähnten Beziehungen
k1 + K1 = k2, und
k2 + K2 = k3,
und die Bragg-Bedingung zwischen der geführten optischen Welle L1 und der ersten akustischen Flächenwelle 15 und die Bragg- Bedingung zwischen der geführten optischen Welle L2 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 werden immer befriedigt, solange die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 in der vorher erwähnten Weise von 2GHz auf 1 GHz geändert werden.
Wie aus dem Vorstehenden klar wird, fällt die Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L3 nach zweimaligem Brechen mit der Richtung des Vektors k3 gemäß Fig. 3A zusammen, d. h. die in Fig. 2 mit bezeichnete Richtung, zu dem Zeitpunkt, wenn die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 2 GHz betragen, und fällt mit der Richtung des Vektors k3 nach Fig. 3B, d. h. mit der in Fig. 2 mit bezeichneten Richtung zusammen zu dem Zeitpunkt, an dem die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der akustischen Flächenwelle 16 1 GHz betragen. Die Differenz zwischen der Richtung des Vektors k3 nach Fig. 3A und der Richtung des Vektors k3 nach Fig. 3B ist 24º-12º = 12º. D.h., bei dieser Ausführung wird ein breiter Ablenkwinkelbereich von 120 erzielt. Andererseits werden dann, wenn die optische Wellenablenkung durch Verwendung einer einzigen akustischen Flächenwelle ausgeführt wird, deren Frequenz sich von 1 GHz auf 2 GHz ändert (dieses Frequenzband beträgt eine Oktave, so daß die schädlichen Auswirkungen der in der zweiten Ordnung gebrochenen optischen Wellenkomponente vermieden werden können) nur ein Ablenkwinkel von 6º erreicht.
Wenn die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 weiter unter 1 GHz abgesenkt werden, wird die geführte optische Welle L3 weiter von der Position abgelenkt, die in Fig. 3B durch ' bezeichnet ist. Jedoch wird in dieser Position die einmal gebrochene geführte optische Welle L2 leicht abgestrahlt zum Zeitpunkt der 2 GHz-Frequenz. Deswegen sollte der in Fig. 3B gezeigte Bereich von bis ' vorzugsweise als der optische Wellen-Ablenkbereich wie in der genannten Ausführung benutzt werden.
Statt die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 von 2 GHz auf 1 GHz kontinuierlich zu ändern, können sie umgekehrt von 1 GHz auf 2 GHz geändert werden. In diesem Fall wird nur die Ablenkrichtung der optischen Welle L' umgekehrt. Auch in dem Fall, bei dem die Frequenzen in einem Modus von 2 GHz → 1 GHz → 2 GHz → 1 GHz geändert werden, wird die optische Welle L' in beiden Arten abgelenkt und die reziproke Optikwellen-Abtastung kann erreicht werden.
Bei der vorgenannten Ausführung wird der Auftreffwinkel der geführten optischen Welle L1 mit Bezug auf die erste akustische Flächenwelle 15 mit einer Frequenz von 2 GHz, d. h. der Winkel zwischen der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 und dem Wandlerfinger des ersten Chirp-IDT mit geneigten Fingern, der 2GHz anregt, auf 6º eingestellt, und der Winkel zwischen der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 und dem Wandlerfinger des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern, der 1 GHz erregt, wird auf 30 eingestellt. Andererseits wird der Winkel zwischen der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 und dem Wandlerfinger des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern, der 2 GHz erregt, auf 18º eingestellt und der Winkel zwischen der Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L1 und dem Wandlerfinger des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern, der 1 GHz erregt, wird auf 9º eingestellt. Im allgemeinen kann in dem Fall, in welchem die Minimalfrequenz und die Maximalfrequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils f1 bzw. f2 betragen (f2 = 2f1), die vorher erwähnte Bragg-Bedingung immer erfüllt werden, wenn die in der genannten Ausführung auf 6º, 3º, 18º und 9º eingestellten Winkel jeweils auf R, R/2, 3R und 3R/2 eingestellt werden. Das ergibt sich aus den Fig. 3A und 3B.
Falls die Formen des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern an die Formen angepaßt werden, welche durch den genannten Winkel R definiert werden, brauchen auch die Minimalfrequenz f1 und die Maximalfrequenz f2 der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 nicht notwendigerweise so eingestellt werden, daß f2 = 2f1, und die Maximalfrequenz f2 kann beispielsweise auf einen Wert eingestellt werden, der etwas kleiner als 2f1 ist. Falls jedoch der erste Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und der zweite Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern mit den vorher erwähnten Formen ausgebildet werden, sollten die Vorteile dieser Formen bis zum maximalen Ausmaß ausgenützt werden, und die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 sollten vorzugsweise innerhalb des Bereichs von f1 bis f2 = 2f1 ausgenützt werden, welcher Bereich frei vom Eintreten der in zweiter Ordnung gebrochenen optischen Wellenkomponente bleibt, die zum Zeitpunkt der Maximalfrequenz von f1 erzeugt wird und den maximalen Ablenkwinkelbereich ergibt.
Auch in der ersten optischen Ablenkvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung braucht die Minimalfrequenz f1 und die Maximalfrequenz f2 der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 nicht notwendigerweise so eingestellt zu werden, daß f2 = 2f1, und die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 brauchen nicht notwendigerweise so geändert werden, daß sie immer einander gleich sind. Wenn die Frequenzen und die Fortschreitrichtungen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 unabhängig voneinander geändert werden, können die vorgenannten Beziehungen
k1 + K1 = k2, und
k2 + K2 = k3
erfüllt werden durch die Formen und Anordnungsbedingungen des ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und des zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern.
Die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 sollten vorzugsweise so geändert werden, daß sie einander immer gleich sind. In diesem Fall können die beiden Chirp-IDT mit geneigten Fingern durch ein einzige gemeinsame Ansteuerung betrieben werden, das Betriebsverfahren bringt den Vorteil in Hinsicht auf Kosten, da die Ansteuerung sonst sehr teuer wird.
Bei der vorliegenden Erfindung können statt der Verwendung der Chirp-IDT 17 und 18 mit geneigten Fingern, wie erwähnt, Chirp- IDT mit gekrümmten Fingern verwendet werden, bei denen die Abstände der Wandlerfinger stufenweise geändert werden und die jeweiligen Wandlerfinger Kreisbogenform besitzen, um die Frequenzen und die Vorschubrichtungen der ersten und der zweiten akustischen Flächenwelle zu ändern. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit derartigen Chirp-IDT mit gekrümmten Fingern. Bei dieser Ausführung sind ein erster Chirp-IDT 117 mit gekrümmten Fingern und einer zweiter Chirp- IDT 118 mit gekrümmten Fingern so gebildet, daß die Wandlerfingerabschnitte am rechten Ende in Fig. 4 die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 mit der Maximalfrequenz f2 erzeugen, und die Wandlerfingerabschnitte am linken Ende die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 mit der Minimalfrequenz f1 erzeugen, wie durch gestrichelte Linie angezeigt. In diesem Falle sollten auch, um sicherzustellen, daß f2 = 2f1, der erste Chirp-IDT 117 mit gekrümmten Fingern und der zweite Chirp-IDT 118 mit gekrümmten Fingern so gebildet und angeordnet sein, daß der Wandlerfingerabschnitt am linken Ende des ersten Chirp-IDT 117 mit gekrümmten Fingern einen Winkel von R/2 bezüglich der Vorschubrichtung der geführten optischen Welle L1 bildet, wobei R den Auftreffwinkel der geführten optischen Welle L1 bezüglich der ersten akustischen Flächenwelle 15 mit der Maximalfrequenz f2 bezeichnet, und die Wandlerfingerabschnitte am rechten Ende bzw. dem linken Ende des zweiten Chirp-IDT 118 mit gekrümmten Fingern bildet einen Winkel von 3 R bzw. einen Winkel von 3 R/2 bezüglich der Vorschubrichtung der geführten optischen Welle L1.
Falls statt eines optischen Wellenleiters 12, der einen LiNbO&sub3;-Wafer und den den Wafer überdeckenden Ti-Diffusionsfilm umfaßt, ein aus ZnO gebildeter optischer Wellenleiter als optischer Wellenleiter 12 benutzt wird, kann ein Ablenkwinkelbereich von annähernd Δδ = 8º erhalten werden, wenn die Maximalfrequenz und die Minimalfrequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils auf 1,0 GHz bzw. 0,5 GHz eingestellt werden.
Es können auch drei oder mehr akustische Flächenwellen durch den optischen Wellenleiter zur Fortpflanzung gebracht werden und die geführte optische Welle kann dreimal oder öfter durch die akustischen Flächenwellen gebrochen und abgelenkt werden. Darüberhinaus können mit der optischen Ablenkeinrichtung mit einer solchen Gestaltung die gleichen Auswirkungen, wie vorher erwähnt, durch die beiden benachbarten akustischen Flächenwellen erzielt werden und deshalb ist die optische Ablenkeinrichtung dieses Typs ebenfalls von dem Schutzbereich der optischen Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Weiter kann statt der erwähnten FGC 13 und FGC 14 ein Kopplerprisma oder dergleichen für das Einleiten der optischen Welle in den optischen Wellenleiter 12 und das Ausstrahlen aus dem optischen Wellenleiter 12 verwendet werden, oder die optische Welle kann direkt in die Kantenflächen des optischen Wellenleiters 12 eingeführt bzw. aus ihr ausgestrahlt werden. Um die divergente optische Welle L in die kollimierte optische Welle zu wandeln und die aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlte optische Welle L' zu wandeln, ist es möglich, eine Optikwellenleiter-Linse und eine normale externe Linse zu verwenden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung der zweiten optischen Ablenkrichtung nach der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 sind gleichartige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. In der optischen Ablenkeinrichtung 10 nach Fig. 5 ist ein Schalter 30 zum Unterbrechen des Anlegens der Wechselspannung an den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern zwischen dem zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern und dem Hochfrequenzverstärker 19 angeordnet. Der Schalter 30 wird durch eine Steuerschaltung 31 synchron mit der Frequenz-Wobbelzeitgabe des Wobblers 20 geöffnet bzw. geschlossen.
Solange der Schalter 30 geschlossen und die Wechselspannung an dem zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern angelegt ist, wird die durch die akustooptische Wechselwirkung mit der durch den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern erzeugten akustischen Flächenwelle gebrochene und abgelenkte geleitete optische Welle L2 in eine Richtung gebrochen, die die vorher erwähnte Ablenkung verstärkt durch akusto-optische Wechselwirkung mit der zweiten durch den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern erzeugte akustische Flächenwelle 16. Wie bereits erwähnt, wird die geleitete optische Welle L3 nach dem Durchlauf durch die zweite akustische Flächenwelle 16 kontinuierlich abgelenkt, wie durch den Pfeil B bezeichnet.
Wie im einzelnen später beschrieben wird, wird die durch den Hochfrequenzverstärker 19 erzeugte Wechselspannung kontinuierlich durch den Wobbler 20 von der Maximalfrequenz zu der Minimalfrequenz gewobbelt. Nachdem die Wechselspannung zur Minimalfrequenz gewobbelt wurde, wird sie zur Maximalfrequenz zurückgebracht und derselbe Wobbelvorgang wird wiederholt. Die Steuerschaltung 31 öffnet den Schalter im Verlauf der Wobbelperiode für abwechselnde Wobbelbetätigungen. Insbesondere wird, nachdem die gewobbelte Wechselspannung an den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern und den zweiten Chirp-IDT 18 mit geneigten Fingern angelegt wurde, diese Wechselspannung nur an den ersten Chirp-IDT 17 mit geneigten Fingern angelegt, und dann sowohl an den ersten Chirp-IDT 17 wie auch den zweiten Chirp-IDT 18 mit jeweils geneigten Fingern angelegt, wie vorher erwähnt. Diese Spannungsanlege-Betätigungen werden wiederholt. Nachdem die geleitete optische Welle L1 durch die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16, wie vorher erwähnt, gebrochen und abgelenkt wurde, wird die Erzeugung der zweiten akustischen Flächenwelle 16 angehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die geleitete optische Welle L1 nur durch die erste akustische Flächenwelle 15 abgelenkt. Danach wird die geleitete optische Welle L1 wiederum sowohl durch die erste akustische Flächenwelle 15 wie auch die zweite akustische Flächenwelle 16 abgelenkt. Der Bereich des Ablenkwinkels der geführten optischen Welle L1, der durch die erste akustische Flächenwelle 15 allein bewirkt wird, und der Bereich des Ablenkwinkels der geführten optischen Welle L1, der sowohl durch die erste akustische Flächenwelle 15 wie auch die zweite akustische Flächenwelle 16 bewirkt wird, sind einander benachbart. Dementsprechend ist der schließliche Ablenkwinkelbereich gleich der Summe dieser beiden Ablenkwinkelbereiche, wie im einzelnen später beschrieben wird.
Die durch die erste akustische Flächenwelle 15 allein abgelenkte geführte optische Welle L2 oder die sowohl durch die erste akustische Flächenwelle 15 als auch durch die zweite akustische Flächenwelle 16 abgelenkte geführte optische Welle L3 wird durch den FGC 14 aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlt und auf einen Einzelfleck durch die Konvergierungswirkungen des FGC 14 konvergiert.
Der Ablenkwinkelbereich Δδ der aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlten optischen Welle L' in der in Fig. 5 dargestellten Ausführung wird mit Bezug auf die Fig. 2, 3A und 3B nachfolgend beschrieben. Wie vorher erwähnt, wird zu dem Zeitpunkt, wenn die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 von 2GHz durch den ersten Chirp-IDT 17 und den zweiten Chirp-IDT 18 mit jeweils geneigten Fingern erzeugt werden, der Brechungszustand der geführten optischen Welle so, wie durch in Fig. 2 bezeichnet. Auch hier gilt, wie in Fig. 3A gezeigt, die Formel
k1 + K1 = k2,
wobei k1 und k2 jeweils den Wellenvektor der geführten optischen Welle L1 bzw. den Wellenvektor der geführten optischen Welle L2 nach der Brechung bezeichnen und K1 den Wellenvektor der ersten akustischen Flächenwelle 15 bezeichnet. So wird die Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L2 nach der Brechung gleich der Richtung des Vektors k2 (Ablenkwinkel = 2R = 12º). Zu diesem Zeitpunkt gilt auch, wie in Fig. 3A gezeigt, die Formel
k2 + K2 = k3,
wobei k3 den Wellenvektor der geführten optischen Welle L3 nach der Brechung durch die zweite akustische Flächenwelle 16 mit 2 GHz bezeichnet und K2 den Wellenvektor der zweiten akustischen Flächenwelle 16 bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt gilt δ3 = 24º, wobei δ3 den Ablenkwinkel der geführten optischen Welle L3 bezüglich der geführten optischen Welle L1 angibt.
Von dem angeführten Zustand aus wird die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und die Frequenz der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils allmählich auf 1 GHz abgesenkt. Wie vorher erwähnt, werden die Wellenvektoren K1 und K2 in dem Fall, in dem die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 1 GHz sind, so, wie in Fig. 3B gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt gilt δ2 = 12º, wobei δ2 den Ablenkwinkel der geführten optischen Welle L3 bezüglich der geführten optischen Welle L1 bezeichnet.
Wie vorher erwähnt, fällt die Fortschreitrichtung der geführten optischen Welle L3 nach zweimaliger Brechung mit der Richtung des Vektors k3 gemäß Fig. 3A zusammen, d. h. der in Fig. 2 mit bezeichneten Richtung, zu dem Zeitpunkt, in dem die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils 2 GHz sind, und fällt mit der Richtung des Vektors k3 nach Fig. 3B, d. h. der in Fig. 2 mit ' bezeichneten Richtung zu dem Zeitpunkt zusammen, wo die Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 1 GHz sind. Die Differenz zwischen der Richtung des Vektors k3, wie in Fig. 3A gezeigt, und der Richtung des Vektors k3, wie er in Fig. 3B gezeigt ist, beträgt 24º-12º-12º. D.h. ein breiter Ablenkwinkelbereich von 12º wird durch die doppelte Brechung durch die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 erhalten.
Nachdem die Frequenzen der akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 kontinuierlich, wie vorstehend bemerkt, geändert sind, wird die Erzeugung der zweiten akustischen Flächenwelle 16 unterbrochen, und die erste akustische Flächenwelle 15 allein erzeugt, und die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 kontinuierlich von 2 GHz auf 1 GHz geändert. Deshalb fällt in diesem Falle die Ablenkrichtung der aus dem optischen Wellenleiter 12 ausgestrahlten optischen Welle L', wenn die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 2 GHz ist, mit der Ablenkrichtung der geführten optischen Welle L2, d. h. der Richtung des Vektors k2 nach Fig. 3A zusammen. Diese Richtung ist die gleiche wie die in Fig. 3B gezeigte Richtung von ', d. h. die Richtung der Ablenkung der optischen Welle L' zu dem Zeitpunkt, wo beide Frequenzen der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 1 GHz betragen. Wenn die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 kontinuierlich von diesem Zustand aus auf 1 GHz geändert wird, wird die geführte optische Welle L2 kontinuierlich abgelenkt, wie durch den Pfeil A in Fig. 5 bezeichnet. Zu dem Zeitpunkt, wo die Frequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 1 GHz beträgt, wird die Ablenkrichtung der geführten optischen Welle L2, d. h. die Ablenkrichtung der optischen Welle L' gleich der Richtung des Vektors k2, wie in Fig. 3B gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt gilt δ1 = 6º, wobei 61 den Ablenkwinkel der geführten optischen Welle L2 mit Bezug auf die geführte optische Welle L1 bezeichnet. Das bedeutet, ein Ablenkwinkelbereich von δ1 = 6º wird durch die Brechung der geführten optischen Welle L1 allein durch die erste akustische Flächenwelle 15 erhalten. Deswegen wird mit der in Fig. 5 gezeigten Ausführung ein sehr breiter Ablenkwinkelbereich von 12º + 6º = 18º durch die Kombination der doppelten Brechung der geführten optischen Welle mit der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 mit der Einzelbrechung der geführten optischen Welle durch die erste akustische Flächenwelle 15 allein bewirkt.
In dem Falle, bei dem die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 sich in einem Intervall dazwischen ausbreiten befindet sich der optische Pfad der durch die erste akustische Flächenwelle 15 von 2 GHz allein abgelenkten geführten optischen Welle L2 an der in Fig. 2 durch bezeichneten Position, welche Position leicht von dem optischen Pfad der durch die erste akustische Flächenwelle 15 und die zweite akustische Flächenwelle 16 von je 1 GHz abgelenkten optischen Welle L3 abweicht. Jedoch kann die Abweichung des optischen Weges auf ein praktisch annehmbares Ausmaß vermindert werden, indem der Ausbreitungspfad der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der Ausbreitungspfad der zweiten akustischen Flächenwelle 16 so nahe wie möglich aneinander gesetzt werden. Oder die erwähnte Abweichung kann ungeändert aufrechterhalten werden, und die Maximalfrequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 kann im Verlauf der Einzelbrechung leicht unter 2 GHz vermindert werden als eine Einstellung, so daß die Optikwellen-Abtastposition am minimalen Ablenkwinkel im Verlauf der Doppelbrechung und die Optikwellen-Abtastposition bei dem maximalen Ablenkwinkel im Verlauf der Einzelbrechung an der abzutastenden Fläche einander benachbart sind.
Bei dem durch die Einzelbrechung erhaltenen Ablenkwinkelbereich, d. h. in dem Bereich von ' bis ' in Fig. 3B wird die unnötige optische Welle, die durch die zweite akustische Flächenwelle 16 im Verlauf der Doppelbrechung der geführten optischen Welle L1 nicht gebrochen werden kann, wenn auch nur geringfügig, so doch ausgestrahlt. Jedoch entsteht, wie vorstehend erwähnt, mit Bezug auf diese unnötige optische Welle kein Problem insoweit, als die optische Ablenkeinrichtung für optische Wellenabtast-Aufzeichnung oder -Auslesung eines zweiwertigen Bildes benutzt wird.
Bei der zweiten optischen Ablenkeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung braucht die Minimalfrequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 im Verlauf der Einzelbrechung nicht notwendigerweise so eingestellt zu werden, daß sie gleich der Minimalfrequenz f1 der ersten akustischen Flächenwelle 15 im Verlauf der Doppelbrechung ist.
In dem Fall, wo statt des optischen Wellenleiters 12, der den LiNbO&sub3;-Wafer und den den Wafer überdeckenden Ti-Diffusionsfilm umfaßt, ein aus ZnO gebildeter optischer Wellenleiter als optischer Wellenleiter 12 benutzt wird, kann ein Ablenkwinkelbereich von annähernd Δδ = 120 erhalten werden, wenn die Maximalfrequenz und die Minimalfrequenz der ersten akustischen Flächenwelle 15 und der zweiten akustischen Flächenwelle 16 jeweils auf beispielsweise 1,0 GHz bzw. 0,5 GHz in der Ausführung nach Fig. 5 eingestellt werden.

Claims

1. optische Ablenkeinrichtung (10), umfassend:

einen optischen Wellenleiter (12), der aus einem Material gebildet ist, das die Fortpflanzung von akustischen Oberflächenwellenflächen (15, 16) hindurch erlaubt,

eine erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117) zum Erzeugen einer ersten akustischen Oberflächenwelle (15), die in einer Richtung fortschreitet, die einen einzelnen optischen Weg einer geführten optischen Welle (L) schneidet, welche in dem optischen Wellenleiter (12) fortschreitet und welche die geführte optische Welle (L) in dem optischen Wellenleiter (12) beugt und ablenkt, und

eine zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) zum Erzeugen einer zweiten akustischen Oberflächenwelle (16), die in einer Richtung fortschreitet, die den optischen Weg der geführten und gebeugten optischen Welle (L1) schneidet und die geführte und gebeugte optische Welle in eine Richtung beugt und ablenkt, die die Ablenkung, die durch die Beugung bedingt ist, in dem optischen Wellenleiter (12) verstärkt,

wobei sowohl die erste als auch die zweite Einrichtung zur Erzeugung akustischer Wellen (18, 118, 17, 117) einen interdigitalen Chirp-Wandler mit geneigten Fingern oder einen interdigitalen Chirp-Wandler mit gekrümmten Fingern umfaßt, und wobei die erste Einrichtung (17) zum Erzeugen von akustischen Oberflächenwellen und die zweite Einrichtung (18) zum Erzeugen von akustischen Oberflächenwellen so ausgebildet sind, daß sie kontinuierlich die Frequenzen der ersten akustischen Oberflächenwelle (15) und der zweiten akustischen Oberflächenwelle (16) und deren Ausbreitungsrichtung ändern, wobei die Bedingungen erfüllt sind, daß

k1 + K1 = k2, und

k2 + K2 = k3

wobei k1 und k2 jeweils die Wellenvektoren der geführten optischen Welle darstellen bevor und nachdem sie durch die erste akustische Oberflächenwelle (15) gebeugt wurde, k3 einen Wellenvektor der geführten optischen Welle nach der Beugung durch die zweite akustische Oberflächenwelle darstellt, und k1 und k2 jeweils Wellenvektoren der ersten akustischen Oberflächenwelle und der zweiten akustischen Oberflächenwelle (16) darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117) und die zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) so beschaffen sind, daß sie akustische Oberflächenwellen erzeugen, deren Frequenzen sich ändern, wobei sie in einem Frequenzbereich von f1 bis f2 gleiche Werte erreichen, wobei f2 2f1, und

der interdigitale Chirp-Wandler (17, 117), der die erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen darstellt, so ausgebildet ist, daß ein Wandlerfinger in einem Bereich zur Erzeugung der ersten akustischen Oberflächenwelle mit einer Frequenz f1 in einem Winkel von R/2 zur Ausbreitungsrichtung der geführten optischen Welle L1, die auf die erste akustische Oberflächenwelle einfällt, steht, wobei R den Einfallswinkel der geführten optischen Welle L1 in bezug auf die erste akustische Oberflächenwelle mit der Frequenz f2 darstellt, und

der interdigitale Chirp-Wandler, der die zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) darstellt, so gebildet ist, daß die Wandlerfinger in Bereichen zur Erzeugung der zweiten akustischen Oberflächenwelle mit der Frequenz f2 bzw. der zweiten akustischen Oberflächenwelle mit der Frequenz f1 zur Ausbreitungsrichtung der geführten optischen Welle L1 unter einem Winkel von 3º und einem Winkel von 3R/2 stehen.

2. Optische Ablenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei

der Ablenkwinkel der geführten optischen Welle, bedingt durch die erste akustische Oberflächenwelle (15) und die zweite akustischen Oberflächenwelle (16), im Bereich von σ bis σ3 (α < σ3) liegt, und wenn

der Ablenkwinkel kleiner als σ2 wird, die Operation der zweiten Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) gestoppt wird, und die erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117) so betrieben wird, daß die geführte optische Welle kontinuierlich unter einem Ablenkwinkelbereich von σ1 bis σ2 (α1 < σ2) abgelenkt wird.

3. Gerät nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei sowohl die erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117) als auch die zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) weiter einen Treiber (19) umfaßt, um eine Wechselspannung, deren Frequenz sich kontinuierlich ändert, an den interdigitalen Chirp-Wandler mit geneigten Fingern anzulegen und wobei der interdigitale Chirp-Wandler mit geneigten Fingern Wandlerfingerintervalle aufweist, die sich stufenweise ändern und wobei sich die Richtungen der Wandlerfinger ebenfalls stufenweise ändern.

4. Gerät nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei sowohl die erste Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117) als auch die zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (18, 118) weiter einen Treiber (19) umfaßt, um eine Wechselspannung, deren Frequenz sich kontinuierlich ändert, an den interdigitalen Chirp-Wandler mit gekrümmten Fingern anzulegen, und wobei der interdigitale Chirp-Wandler mit gekrümmten Fingern Fingerintervalle aufweist, die sich stufenweise ändern, wobei die jeweiligen Wandlerfinger bogenförmig sind.

5. Gerät nach Anspruch 1, wobei die interdigitalen Chirp- Wandler, die jeweils die erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117, 18, 118) darstellen über einen gemeinsamen einzigen Treiber (19) betrieben werden.

6. Gerät nach Anspruch 2, wobei die erste Einrichtung (117, 17) zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen so ausgebildet ist, daß sie eine akustische Oberflächenwelle erzeugt, deren Frequenz sich in einem Frequenzbereich von f0 bis f2 ändert, wobei f0 < f2, wenn der Betrieb der zweiten Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen gestoppt wird.

7. Gerät nach Anspruch 5, wobei die Frequenz f0 gleich der Frequenz f1 ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, wobei die interdigitalen Chirp- Wandler, die jeweils die erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen (17, 117, 18, 118) darstellen, über einen einzigen gemeinsamen Treiber betrieben werden.