Дискретный электрооптический дефлектор Советский патент 1981 года по МПК G02F1/29 

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике, в частности к устройствам для пространственного разделения световых пучков. Известны дискретные электрооптические дефлекторы, содержащие ряд последовательно расположенных и чередующихся призм и пар электродов, помещенных в специальный корпус с элек рооптической жидкостью. Призмы выполнены из одноосного оптического ма териала, например кальцита, и служат для углового расщепления светового пучка в зависимости от поляризации падающего света. Локальное управление поляризацией света производится с помощью электрооптической жидкости путем создания в соответствующем межэлектродном пространстве модулирукнцего электрического поля 1, Недостатки этих устройств . - сложность конструкции, определяемая, вопервых, необходимостью постоянной очистки электрооптической жидкости в процессе эксплуатации, во-вторых, необходимостью герметизации всей системы, так как электрооптические жидкости, например нитробензол, чрезвычайно токсичны, в-третьих, требованиями специальных конструкторских решений для подведения управляннцих напряжений, достиганмщх нескольких десятков киловольт, к электродам без нарушения герметичности корпуса, в-чет вертых, трудностью выбора материалов, нейтральных по отношению к электрооптическим жидкостям, которые, как правило, химически очень активны; невозможность перестраивания геометрии устройства и трудность проведения юстировочных и наладочных работ. Все это ограничивает функциональные возможности вышеназванных дефлекторов. Наиболее близким к предлагаемому является дискретный электрооптический дефлектор, содержащий установленные последовательно друг за другом отклоняющие ступе,ни, состоящие из переключателей поляризации и лучеразводяще- го элемента.

В известном электрооптическом дефлектсфе переключатель поляризации и лучеразводящий элемеис каждой отклоняющей ступени склеены друг с другом и помещены в общий корпус прямоугольной формы из изолирующего материала 2J

Недостаток известного дефлектора ограниченность его функциональных возможностей, поскольку жесткая установка переключателей поляризации и лучеразводящих элементов в общем корпусе из электроизолирующего материала при ограниченной точности ориентировки и изготовления кристаллических элементов не позволяет устанавливать друг за другом большого количества отклонякядих ступеней из-за недостаточной точности отклонения и влияния электрических полей ступеней друг на друга, что ограничивает в конечном счете функциональные возможности дефлектора.

Цель изобретения - расширение функ хщональных возможностей дискретного электрооптического дефлектора.

Для достижения указанной цели в дискретном ЭлектрооптическоМ дефлекторе, содержащем установленные последовательно друг за другом отклоняющие ступени,, состоящие из переключателя поляризации и кристаллического лучеразводящего элемента, переключатели поляризации и лучеразводящие элементы помещены в отдельные цилиндрические корпуса, установленные соосно с возможностью взаимных поворотов вокру оси, причем корпуса переключателей поляризации изготовлены из металлов, а кристаллы лучеразводящего элемента установлены с возможностью взаимных перемещений.

Расширение функциональных возможностей дефлектора достигается за счет обеспечения возможности его юстировки с целью компенсации неточности ориентировки кристаллографических осей заготовок и неточности изготовления кристаллических элементов, а также за счет экранировки электрических полей соседних ступеней металлическими корпусами лучеразводящего элемента.

На фиг, I приведен дискретный электрооптический дефлектор, общий вид, разрез; на фиг. 2 - то же, вид со стороны входа светового луча; на {}й1Г, 3 - переключатель поляризации, общий вид, разрез; на фиг, 4 - общий

лучеразводящий элемент, общий вид; разрез; на фиг. 5 - оптическая схема каскада отклонения.

Дефлектор содержит лучеразводящий элемент 1, переключатель 2 поляризации, конечную шайбу 3, кронштейн 4, основание 5, планки 6, цилиндрически эксцентричный палец 7, стопорный вин 8, фиксируюпщй винт 9, корпус 10, электрический разъем 11, корпус 12 переключателя поляризации, крышку 13 переключателя поляризаций, винты 14, изоляционные прокладки 15, паз 16, электрооптический кристалл 17, боковую подложку 18 с электродом, одноосный кристалл 19, винты 20, крьш1ку 21 лучеразводящего элемента 2 корпус 22 лучеразводящего элемента, средшою подложку 23 с электродами.

Каждый лучеразводящнй элемент 1 содержит два однотипных одноосных кристалла 19, изготовленных, например из кальцита, в которых главные оп тические плоскости параллельны боковым граням кристаллов, а сами кристаллы повернуты относительно друг друга на 90°(фиг. 5). Одноосные кристаллы 19 устанавливаются в гнездах крьш1ки 21 и корпуса 22 (имекидих цилиндрическую форму) лучеразводящего элемента I. Крьш1ка и корпус выполнены из диэлектрического оптически прозрачного материала, например оргстекла, для визуализации/проходящего светового потока и электрической изоляции соседних.переключателей поляризации. Оба одноосных кристалла 19 механически состыкованы рабочими поверхностями iCua которые предварительно нанесен слой согласующей жидкости) с помощью винтов 20, установленны в пазах крьш1ки 21, концентричных относительно оси лучеразводящего элемента 1. Это предопределяет возможность взаимной юстировки одноосных кристаллов 19. По образующим крьш1ки 21 и корпуса 22 лучер.азводящего элемента 1 имеются цилиндрические впадины.. Каждый переключатель 2 поляризации содержит два однотипных электрооптических кристалла 17 (например ДКДР , боковые подложки 18 и среднюю 23 с напыленными на них прозрачным электропроводящим покрытием и контактными полосками для подведения управляющего напряжения. При этом главные оптческие оси X и У совпадают с кристаллографическими осями кристаллов. Причем средняя подложка 23 с двусторон- ним напылением прозрачного электропр водящего покрытия является общей для обоих электрооптических кристаллов 1 Дпя увеличения электрооптической про ности боковые подложки 18 и средняя 23 сдвинуты относительно друг друга И электрооптических кристаллов 17 (фиг. 2 и 5). Электрооптические крис таллы 17 и подложки 18 и 23 с изолядионными прокладками 15 установлены в гнездах корпуса 12 и крышки 13 (им щих цилиндрическую форму) переключателя 2 поляризации. Причем крьшка 13 и корпус 12 выполнены из металла, например дуралюминия, для локального экранирования электрических полей и предотвращения их влияния на соседние переключатели поляризации. Элект рооптические кристаллы 17 и подложки 18 и 23 с электродами (на рабочие по верхности которых предварительно нанесен слой согласующей жидкости) мех нически состыкованы с помощью винтов 14. По образующим корпуса 12 переклю- чателя 2 поляризации имеются цилиндрические выступы, соответствующие впадинам по образующим крышки 21 и корпуса 22 лучеразводящего элемента Электропровода, подводящие управляющее напряжение через электрические разъемы 11 приклеиваются специальным электропроводящим клеем к контак .ным полоскам электродов подложек 18 и 23 переключателя 2 поляризации и выводятся в паз 16, например, от общего электрода средней подложки 2В и в аналогичный паз, расположенный диаметрально противоположно ох электродов боковых подпожек 18. Цилиндрические эксцентричные -пальцы 7 расположены под углом 120 относительно друг друга и служа т базовой опорой и фиксирующим элементом для лучеразводящих элементов 1 и переключателей 2 поляризации. Диаметрально противоположно цилиндричес им эксцентричным пальцам 7 расположены фиксирующие винты 9, служащие дпя фиксации каждого переключателя 2 поляризации и, следовательно, всего дефлектора после юстировки. Продольная фиксация переключателей 2 поляризации -и лучеразводящих элементов 1 осуществляется с помощью конеч ной шайбы 3, установленной в кронштейне 4, который крепится к основанию 5. Основание 5 со всеми закреп8ленными на нем элементами может быть установлено в корпусе 10 с прозрачными окнами, выполненными, например, из плавленного кварца и расположенными по оси дефлектора (фиг. 2). Корпус может быть заполнен согласующей жидкостью, например вакуумным маслом ВМ-1, для оптического согласования элементов дефлектора и лучшего охлаждения. Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу дефлектора на примере одного оптического каскада, приведенного на фиг, 5 и состоящего из переключателя поляризации и лучеразводящего элемента. При входе в дефлектор линейно поляризованного сходящегося св.етового луча и при поступлении на электроды подложек 18 и 23 управляющего напряжения переключатель поляризации вращает плоскость поляризации падаиицего светового пуч- к на 90 . в данном случае горизонтальная поляризация падающегр-свето-гвого пучка превращается в вертикальную. Поскольку первым на пути промодулированного луча расположен одноосный кристалл 19, у которого главная оптическая плоскость расположена вертикально, то луч проходит через него, как необыкновенный, т.е. отклоняется. Так как в следующ«4 одноосном кристалле 19 главная оптическая плоскость расположена горизонтально, то луч проходит через него, как обыкновекньш, т.е. не отклоняется. Картина бу-дет обратная, если переключатель поляризации не вращает плоскость- поляризации паданщего пучка, т.е. в этом случае отклоняющим элементом будет второй одаоосный кристалл 19. Таким образом, при приведенной взаимной ориентации оптических осей кристаллов дефлектор работоспособен и оптические длины хода луча одинаковы. При этом отклонение лучей происходит по разные стороны от оси распространения света в диагональной плоскости и квадратный растр выходных световых пятен повернут на 45° по отнсхаению к вертиг кали. Для получения на выходе дефлектора квадратного растра с нормапьньп4 расположением достаточно систему переключателей поляризации и лучеразводящих элементов повернуть на цилиндрических эксцентричных пальцах 7 (фиг. 2) на угол 45° (при этом вектор поляризахщи падакщего светово го пучка также повернут на 4 вокруг своей оси. Оптические элементы с предварител но нанесенным на их крнтактируиицие поверхност слоем согласующей жидкости устанавливаются в гнезда соответствукящх корпусов лучеразводящих элементов 1 и переключателей 2 поляризации. Затем с помсяцыо винтов 14 и 20осуществляется механический контакт рабочих поверхностей соответствующих оптических элементов. Каждый лучеразводящий элемент 1 устанавлива ся на цилиццрические эксцентричные пальцы 7 и на него подается светом вой пучок линейной поляризации с малы углом сходимости. По характеру изображения, высвечиваемого на экране, можно судить о вз аимном положении главных плоскостей стыкуемых -одноосных кристаллов 9. Вращещем крышки 21и корпуса 22 с находящимися в них одноосными кристаллами 19 относительно друг друга можно получить необходимую взаимную ориентацию оптических осей стыкуемых кристаллов с высокой точностью. Затем в пазы корпуса лучеразводящего элемента 1 вставляется корпус переключателя 2 поляризации (модуляционяле характеристики которого щ едэаритепьно провереш 1} и вращением его вокруг оси всей системы (на щшинщ ических эксцентричных паль цах 1) добиваются согласования оп-гаческих осей всего каскада с поляризацией падакяцего светового потока, Пос этого вращением цилиндрических эксцентричных пальцев 7 первый переключатель 2 поляризации закрепляется в конечной шайбе 3 и служит базовым элементом для последовательного нанизывания других элементов. Остальные каскады дефлектора юстируются аналогично. После сборки и юстировки всей системы межмодульное пространство может быть заполнено согласукщей жидкостью. Формула изобретения ф1скретный злектрооптаческий дефлектор, содержащий установленные последовательно друг за другом отклоняющие ступени, состоящие из переключателя поляризации и кристаллического лучеразводящего злемента, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, переключатели поляризации и лучеразводящие элементы помещешл в отдельные циливдрические корпуса, установленные соосно с возможностью взаимных поворотов вокруг оси, причем корпуса переключателей поляризации изготовлены из металла, а кристаллы лучёразводявдх элементов установлены с возможностью взаимных перемещений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США;№ 3801184, кл. q 02 F 1/28, опублик. 1974. 2.W. Kulcke et а}. Digital Light Deflectors. IEEE Pгас.of the, v.54, №JO, p. 1427.