專利名稱：紫外光聲光器件和使用這種器件的光學成象設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及聲光器件，如聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器、聲光過濾器、聲光移頻器等。具體地說，本發(fā)明涉及利用波長為380nm或更短的紫外光的紫外光聲光器件，如聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器、聲光過濾器、聲光移頻器等，本發(fā)明還涉及使用這些器件的光學成象設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，已將TeO2晶體和PbMoO4晶體用于從氬激光器或氦-氖激光器發(fā)出的可見光的聲光介質(zhì)。另一方面，最近已研究將聲光器件與各種發(fā)出較短波長的光線(即紫外光)的紫外光源相結(jié)合，例如發(fā)出第三和第四諧波的YAG激光器。此處中，聲光器件的實例包括聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器、聲光過濾器、聲光移頻器等。
已將石英玻璃、石英晶體、KH2PO4(KDP)晶體等用作常規(guī)聲光調(diào)制器的介質(zhì)用于紫外光范圍內(nèi)的光(參見非專利文獻1ProceedingIEEE Ultrasonic Sympo，第1998卷，第1289-1292頁(1998)；和非專利文獻2Proceeding ofthe IEEE，第61卷第8期第1073-1092頁(1973))。
另一方面，還報道了使用LiNbO3(此處后面稱之為“LN”)晶體的聲光器件，但是它利用的是波長為400nm或更長的光線(上面提到的非專利文獻2)。
在使用PbMoO4晶體的上述常規(guī)聲光器件中，由于在PbMoO4晶體中吸收邊緣波長是約410nm，因此波長為380nm或更短的光線不能從其中穿過。另一方面，在使用TeO2晶體的常規(guī)聲光器件中，盡管在TeO2晶體中吸收邊緣波長是約330nm，但是不適宜在本發(fā)明的實施方式中使用高功率的用途。
而且，使用石英玻璃、石英晶體或KDP晶體的聲光器件的聲光性能差，需要大的射頻電源來驅(qū)動這些器件，并且必需經(jīng)過水冷以控制其中產(chǎn)生的熱量。在使用KDP晶體的聲光器件中，由于KDP晶體是水溶性晶體，因此難以使其具有防水結(jié)構(gòu)。而且，由于石英晶體是一種硬晶體，因此當將其用作聲光介質(zhì)時加工它需要花費大量時間。
已想到使用LN晶體的聲光器件，由于其中引起的光學破壞和激光破壞，因此它不適宜作為操作波長短的光的聲光器件。
在這一點上，“光學破壞”是指一種空間電荷被光激發(fā)，然后通過該空間電荷產(chǎn)生電場，由此改變晶體的折光率的狀態(tài)。當光穿過其中已引起光學破壞的介質(zhì)時，光穿過的區(qū)域的折光率會發(fā)生局部變化。結(jié)果，由于Pockels效應，觀察到大量受損的波束形狀。
而且，“激光破壞”是指一種由于在晶體表面或內(nèi)部受到強激光束的影響而引起物理破壞的狀態(tài)。例如，強激光束造成晶體表面燒蝕，由此形成一凹形部分。
在使用常規(guī)紫外光聲光器件的光學成象設(shè)備中，存在的問題是其聲光介質(zhì)必需提供有防濕性，必需使用水冷卻將熱量驅(qū)散，并且需要大的激勵電路。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明提供了一種聲光器件，其中既沒有造成激光破壞，也沒有造成光學破壞，并且打算提供一種紫外光聲光器件和使用它的光學成象設(shè)備，其只需低的驅(qū)動功率，能夠?qū)崃砍浞烛?qū)散，并因此不必水冷。
本發(fā)明的紫外光聲光器件包括射頻信號輸入部件；將射頻信號轉(zhuǎn)換成機械振動的轉(zhuǎn)換器裝置；和光學特性隨機械振動變化的聲光介質(zhì)。所述紫外光聲光器件的特征在于進入聲光介質(zhì)的光是波長為380nm或更短的紫外光，并且所述聲光介質(zhì)是由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO3晶體、或摻雜有MgO的LiNbO3晶體形成的。
本發(fā)明的光學成象設(shè)備至少包括發(fā)出波長為380nm的光的光源；用于衍射從光源發(fā)出的光的紫外光聲光器件；激勵電路；通過紫外光聲光器件衍射的光在其上形成一圖象的像平面。所述光學成象設(shè)備的特征在于所述紫外光聲光器件包括由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO3晶體、或摻雜有MgO的LiNbO3晶體形成的聲光介質(zhì)。
附圖簡介

圖1是顯示本發(fā)明的一個實施方式的紫外光聲光器件的結(jié)構(gòu)的部分橫截面圖。
圖2是描述本發(fā)明的實施例4的光學成象設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是描述本發(fā)明的實施例5的光學成象設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了一種紫外光聲光器件，其包括射頻信號輸入部件；將射頻信號轉(zhuǎn)換成機械振動的轉(zhuǎn)換器裝置；和光學特性隨機械振動變化的聲光介質(zhì)。在所述紫外光聲光器件中，進入聲光介質(zhì)的光是波長為380nm或更短的紫外光，并且所述聲光介質(zhì)是由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO3晶體、或摻雜有MgO的LiNbO3晶體形成的。
優(yōu)選所述氧化物單晶含有至少堿金屬或堿土金屬作為其晶胞組分。
還優(yōu)選所述含有硼作為其晶胞組分的氧化物單晶是至少一種選自以下的單晶Li2B4O7、CsLiB6O10、LaCa4O(BO3)3、LiB3O5、α-BaB2O4和β-BaB2O4。
還優(yōu)選所述氧化物單晶可以是Li2B4O7或CsLiB6O10單晶。
所述氧化物單晶還可以含有稀土元素作為其晶胞組分。所述含有稀土元素作為其晶胞組分的氧化物單晶是(GdY)1Ca4O(BO3)3、YCa4O(BO3)3、GdCa4O(BO3)3等。
MgO的摻雜量優(yōu)選是7mol.％或更低，更優(yōu)選是0.5mol.％-7mol.％。
所述聲光介質(zhì)的至少一部分還可以覆蓋有高導熱薄片。例如，可以使用石墨薄片作為高導熱薄片。
優(yōu)選，進入聲光介質(zhì)的光具有160nm-380nm的波長。
優(yōu)選本發(fā)明的光學成象設(shè)備還包括一個可移動的鏡子，該鏡子借助經(jīng)紫外光聲光器件衍射的光在所述像平面上形成一圖象，所述可移動的鏡子放置在紫外光聲光器件和像平面之間。
而且，本發(fā)明的光學成象設(shè)備還包括一個用于遮蔽穿過紫外光聲光器件的光的光束制止器，所述光束制止器放置在穿過紫外光聲光器件的透射光的光路上。此外，所述像平面可以是光感受器。
本發(fā)明利用前述結(jié)構(gòu)，并由此可以提供以下效果。
(1)將特別是含有硼作為其晶胞組分的氧化物晶體用于波長為380nm或更短的紫外光的聲光介質(zhì)，可以獲得既不引起激光破壞也不引起光學破壞的聲光器件。
(2)當特別是含有稀土元素和硼作為其晶胞組分的氧化物晶體用于聲光介質(zhì)時，由于其中含有稀土元素的效果，其獲得增加的折光率。因此，考慮到聲光介質(zhì)中短的吸收邊緣波長，可以預料獲得高的聲光性能。而且，與使用僅含硼和堿金屬或堿土金屬作為其晶胞組分的材料的情形相比，含有稀土元素作為其晶胞組分能夠使材料的防濕性和機械強度進一步提高。
(3)ALN晶體或者含有硼作為其晶胞組分的氧化物晶體沒有傳統(tǒng)材料的缺陷，例如KDP晶體的高的水溶性，以及相當硬的石英晶體的差的可加工性。因此，所述氧化物晶體是實際上可以容易使用的介質(zhì)。因此，可以獲得一種廉價的紫外光聲光器件。
(4)當使用Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體或CsLiB6O10晶體作為特別是含有硼作為其晶胞組分的氧化物晶體時，可以利用尺寸為約3-4英寸或者10cm×10cm的大晶體。這可以保證介質(zhì)的低成本。
(5)通過用導熱薄片，特別是用石墨薄片覆蓋聲光介質(zhì)，整個晶體的溫度可以保持均勻，并且熱量可以快速地擴散到聲光器件的外殼中。結(jié)果，可以獲得具有溫度穩(wěn)定性的紫外光聲光器件，其中不需要使用水冷，或者只需一個更容易的冷卻裝置。
(6)對于具有聲光器件的光學成象設(shè)備(其中使用上述含有硼作為其晶胞組分的氧化物晶體，或者使用LN-基的氧化物晶體)，通過降低激勵電路的大小和提高防濕性以及提高對由紫外光引起的激光破壞的耐性，可以獲得一種廉價且結(jié)構(gòu)簡單的紫外光光學成象設(shè)備。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以低成本獲得一種紫外光聲光器件，其中可以使用紫外光，既沒有引起激光破壞，也沒有引起光學破壞，并且效率相當高。
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施方式。然而，本發(fā)明并不限于以下實施方式。
圖1顯示了本發(fā)明的一個實施例的紫外光聲光器件的部分橫截面圖。在圖1中，數(shù)字1代表將射頻信號從外面輸入的射頻信號輸入部件，數(shù)字2代表將從射頻信號輸入部件輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換成機械振動的轉(zhuǎn)換器裝置2，數(shù)字3代表與轉(zhuǎn)換器裝置2相連的聲光介質(zhì)，數(shù)字4代表機殼(外殼)，數(shù)字5代表入射光7的入口，數(shù)字6代表輸出光8和衍射光9的出口，數(shù)字10代表作為覆蓋聲光介質(zhì)用的導熱薄片的一個實例的石墨薄片。除了入射光7的入口5和輸出光8和衍射光9的出口6之外，導熱薄片10覆蓋聲光介質(zhì)3的整個側(cè)面。由上述組件構(gòu)成一紫外光聲光器件。
入射光7具有在紫外光波長范圍內(nèi)的波長，特別是380nm或更短的波長。當所述入射光7進入聲光介質(zhì)3并穿過它而沒有經(jīng)受任何轉(zhuǎn)變時，獲得輸出光8。另一方面，當入射光7進入聲光介質(zhì)3并透過其發(fā)生衍射時，獲得衍射光9。衍射光9的衍射角隨施加到射頻信號輸入部件1的射頻信號的頻率而變化，而衍射光9的衍射效率隨施加到射頻信號輸入部件1的射頻信號的強度而變化。
通常，就聲光介質(zhì)3而言已使用PbMoO4晶體，其常用于使用氦氖激光器(波長為633nm)和氬激光器(波長為515nm和488nm)的情形。然而，由于PbMoO4晶體內(nèi)的吸收邊緣波長是約410nm，因此波長為380nm或更短的紫外光不能透過它，故難以將PbMoO4晶體用于本實施方式中。在使用TeO2晶體的情況下，盡管TeO2晶體的吸收邊緣波長是約330nm，然而當高強度紫外光進入聲光介質(zhì)3時，在一些情況下由于其中引起激光破壞，因此聲光介質(zhì)3可能變得不穩(wěn)定。因此，TeO2晶體也難以用于本實施方式。
另一方面，將LN晶體用于聲光介質(zhì)3的聲光器件還被用作利用波長為至少400nm的可見光的聲光器件。上述非專利文獻2指出沒有使用將LN晶體用于聲光介質(zhì)的聲光器件作為利用波長為380nm或更短的紫外光的聲光器件的常規(guī)研究實例。根據(jù)本發(fā)明，第一次發(fā)現(xiàn)，即使在使用LN晶體的情況下，當CW功率低時未產(chǎn)生光學破壞的問題，并且對于峰值功率高時引起的激光破壞，所述LN晶體遭到的激光破壞比已常規(guī)使用的TeO2晶體要小。而且，還第一次發(fā)現(xiàn)，當考慮入射紫外光的功率時，摻雜有MgO的LN晶體使得能夠獲得紫外光聲光器件，同時消除了光學破壞和激光破壞的影響。
在含有大量硼的氧化物單晶中，即在含有硼作為其晶胞組分的氧化物單晶中，吸收邊緣波長在250nm-160nm的范圍內(nèi)，因此它很好地透射短波長的紫外光。使用含有硼的氧化物單晶作為光學材料導致大的電子極化(因氧化硼的不定域電子引起)。因此，考慮到氧化物單晶中短的吸收邊緣波長，因此可以獲得高的折光率。因此，將含有硼的氧化物單晶用于聲光介質(zhì)3是理想的。
在這一點上，聲光介質(zhì)的性能常數(shù)M2如下表示M2＝n6p2/ρv3，其中n代表介質(zhì)的折光率，p代表光彈性常數(shù)，ρ代表介質(zhì)的密度，v代表介質(zhì)內(nèi)的聲速。因此，對短波長具有高折光率的介質(zhì)可用作紫外光聲光介質(zhì)。
當與硼一起使用時，堿金屬或堿土金屬形成穩(wěn)定的晶體材料。而且，與晶胞中含有硼的氧化物晶體相似，在其晶胞中含有堿金屬或堿土金屬的氧化物晶體中，吸收邊緣波長是160nm-200nm，因此其對紫外光的聲光介質(zhì)來說是有用的。
當將Li2B4O7用于聲光介質(zhì)時，可以利用尺寸為約3-4英寸的大晶體，并且其加工相對容易。因此，可以降低介質(zhì)的成本。而且，由于介質(zhì)的吸收邊緣波長是約160nm，因此例如還可以將其用作YAG激光器或準分子激光器的第五諧波的聲光介質(zhì)。
以與上述情形相同的方式，當將CsLiB6O10用于聲光介質(zhì)時，可以利用尺寸為約10cm×10cm的大晶體，并且介質(zhì)的吸收邊緣波長是約190nm。因此，可以將其用作波長短至約YAG激光器的第四諧波的光的聲光介質(zhì)。
當將YCa4O(BO3)3或(GdY)1Ca4O(BO3)3用于聲光介質(zhì)時，由于它含有稀土元素作為其晶胞組分，因此該介質(zhì)可以具有比僅含硼的介質(zhì)的折光率高的折光率。結(jié)果，聲光性能M2可以提高。而且，當僅有Y元素位于稀土元素位置時，可以透射波長高達約220nm的光。因此，可以將其用作例如使用YAG激光器的第四諧波(波長為266nm)的聲光器件的介質(zhì)。
而且，由于含有稀土元素的聲光介質(zhì)能夠獲得高的防濕性，因此當將其用作一元件時不需要特別地考慮其防濕性。此外，當它僅僅含有硼、堿金屬和堿土金屬作為其主要組分時，與其它聲光介質(zhì)相比，其硬度和導熱性增加。
此外，用于聲光介質(zhì)的這些材料通常比石英晶體軟，因此可以相對容易地進行諸如切割、拋光等的加工。
當聲光介質(zhì)的至少一部分被導熱薄片覆蓋時，因晶體略微吸收光線或者吸收超聲波而產(chǎn)生的熱量可以有效地傳送到外殼。特別是，由于石墨的柔韌性和導熱性大約是銅的兩倍，因此其能夠有效地將熱量驅(qū)散到外殼中，并且能夠使整個聲光介質(zhì)中的熱量很少不勻。
通常，已研究將聲光介質(zhì)粘附到由具有高導熱性的金屬制得的塊上。然而，在這種情況下，在聲光介質(zhì)和金屬之間引起的超聲波的反射在某些情況下成為一個問題。
而且，當使用上述紫外光聲光器件(其中使用硼酸鹽基材料、LN、摻雜有MgO的LN，等等)時，可以獲得一種光學成象設(shè)備，它可以處理紫外光，包括簡單的激勵電路，并且沒有潮解。
本發(fā)明的聲光器件甚至可以利用波長為160nm-380nm的光，具有至少90％的透光率，既不引起激光破壞，也不引起光學破壞，并且不必要水冷。
接下來，描述本發(fā)明的一種形成晶體的方法的實例?？梢允褂贸Ｒ?guī)公知的Czochralski法來生長LN或者摻雜有MgO的LN。將用于制備原料的Li2CO3、Nb2O5、MgO等以所需比例混合在一起，然后通過在1050C下煅燒使得彼此反應。而且，將用作原料的反應物放入Ir坩堝并在比其熔點(約1150℃)高50℃-200℃的溫度下，例如在1250℃下，加熱約10小時，由此將原料充分熔融。接下來，將原料的溫度降低至接近其熔點的溫度，然后放入晶種。之后，以與普通Czochralski法相同的方式生長直徑為約2英寸且長度為約80mm的晶體。
通常，通過Czochralski法或熔化生長(flux growth)法來生長硼酸鹽基晶體。例如，通常通過Czochralski法生長Li2B4O7。除了生長環(huán)境、生長溫度和坩堝材料之外，用于生長Li2B4O7的Czochralski方法和用于生長LN的Czochralski方法基本上相同。在這種情況下，一般在大氣環(huán)境下使用鉑坩堝生長Li2B4O7。這是由于Li2B4O7的熔點比LN的熔點低。
而對于CsLiB6O10，例如可以使用一種使用具有化學計量比的材料作為起始材料的方法和使用Cs2CO3和Li2CO3或B2O3作為助熔劑的自身助熔劑(self-flux)法。在自身助熔劑法中，生長速度略有降低，但是可以獲得高質(zhì)量的晶體。因此，使用自身助熔劑法在獲得大量晶體時是有益的。特別是，將Cs2CO3、Li2CO3和B2O3以約1∶1∶5.4的比例混合在一起。接下來，將所述混合材料在約890℃下充分混合，然后在845℃(CsLiB6O10的熔點)下放入晶種。之后，和在普通熔化生長法中一樣，以約0.1-1.0℃/天的速度將其溫度降低。由此可以獲得長度為6cm，寬度為5cm且高度為4cm的晶體。在這種情況下，由于生長溫度大大低于鉑的熔點，因此可以使用鉑坩堝在大氣環(huán)境下生長晶體。
實施例通過以下實施例更詳細地描述本發(fā)明。
實施例1為了檢測因紫外光引起的激光破壞和光學破壞，使用具有YAG激光器的第三諧波的光源的激光器對各種單晶材料的耐光性進行評價。結(jié)果示于表1。此處評價的晶體材料是常用的TeO2晶體、以及用于本發(fā)明的聲光器件的LN、MgO:LN、Li2B4O7、(GdY)1Ca4O(BO3)3和CsLiB6O10。
表1

從該結(jié)果了解到，在這些材料中，TeO2晶體具有最低的激光破壞閾值的相對值，因此它對激光破壞最敏感。在此，“激光破壞”指晶體表面受到激光束破壞并在其表面上形成凹陷部分的狀態(tài)。具體地說，在使用TeO2的情況下，當使用X-射線微量分析儀分析凹陷部分及其周圍部分時觀察到金屬Te?？梢韵氲竭@是由于吸收了強的紫外光和熱量使得化學鍵斷裂。因此，TeO2晶體不適宜用于使用高功率的地方。LN和MgO:LN顯示的激光破壞閾值為TeO2的約兩倍到三倍高。就MgO:LN而言，此處MgO的使用量優(yōu)選在0.5-7mol.％的范圍內(nèi)，并且由含有大于7mol.％的作為摻雜物的MgO的MgO:LN制成的聲光介質(zhì)對激光破壞相當敏感。在Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體和CsLiB6O10晶體中，激光破壞閾值是TeO2晶體的至少四倍，并且在本評價中沒有測定到破壞。
上述結(jié)果顯示LN、MgO:LN和含有硼作為主要組分的氧化物單晶的破壞閾值高于常用的TeO2的破壞閾值。
接下來，對由上述材料制成的聲光介質(zhì)的光學破壞進行評價。該評價是在使用氬氣激光器作為光源，并且樣品處的激光密度是1.8kW/mm2的條件下進行的。正如常規(guī)已知的，在由沒有摻雜MgO的LN晶體制得的聲光介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)光學破壞(光束圖案變形)。然而，在相同條件下在由TeO2晶體、MgO:LN晶體、Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體和CsLiB6O10晶體制得的聲光介質(zhì)中沒有發(fā)現(xiàn)光學破壞。光學破壞的結(jié)果是激光束圖案相當程度地變形為橢圓形并且不均勻。
正如上面所述的，在LN晶體，特別是摻雜有MgO的LN晶體中經(jīng)受較小的光學破壞。因此，可以想到，經(jīng)受較小光學破壞以及經(jīng)受較小激光破壞的摻雜有0.5-7mol.％MgO的LN晶體適用于所述聲光介質(zhì)。由于在Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體和CsLiB6O10晶體中沒有發(fā)現(xiàn)光學破壞，因此認為它們既可以適用于峰值功率高的情形，也可以適用于使用連續(xù)光的情形。
接下來，使用各種聲光介質(zhì)生產(chǎn)如圖1所示的紫外光聲光器件，并檢測各種聲光介質(zhì)的聲光效果。在此，由于轉(zhuǎn)換器裝置2和聲光介質(zhì)3的聲阻抗以及射頻信號發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器裝置2的電阻抗不是最佳化的，因此聲光性能并不總是真實的反映。然而，當使用波長為355nm的脈沖NdYAG激光器的第三諧波作為光源時，且輸入的射頻信號的功率是2-3W，衍射效率是約5％-20％，如表2所示。而且，在這種情況下，聲光器件不需要水冷等。
特別是，通過用導熱薄片覆蓋聲光介質(zhì)，可以獲得其中既沒有散焦發(fā)生也沒有激光束偏移發(fā)生的紫外光聲光器件。在這一點上，由于石墨薄片的導熱性是銅的兩倍，因此尤其可以將石墨薄片用作所述導熱薄片。
表2

應理解的是，可以在射頻信號發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器裝置2之間提供一阻抗匹配電路，盡管這里沒有使用它。
實施例2制備如圖1所示的聲光器件，并如實施例1使用發(fā)出波長在360nm-380nm的范圍內(nèi)的光的GaN-基LED來評價其聲光性能。此處所用的LED具有約2mW的最大輸出功率。
在這種情況下，衍射效率是約4％-15％，如表3所示，同時RF信號的輸入功率是2W。與實施例1相比，衍射效率降低的原因可以想到是入射光的波長略長并且光源的單色性差。當使用功率在所述范圍內(nèi)的入射光時，即使在使用常規(guī)LN單晶的情況下也沒有發(fā)現(xiàn)光學破壞。
表3

實施例3制備如圖1所示的聲光器件，并使用波長為266nm的YAG激光器的第四諧波評價其聲光性能。在這種情況下，由于LN和MgO:LN不能透過波長為266nm的紫外光，因此不能將它們用于聲光器件。如表4所示，使用Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體和CsLiB6O10晶體制得的聲光器件的衍射效率是6％-8％。此外，即使用波長為266nm的紫外光連續(xù)照射這些聲光器件10小時之后，也沒有發(fā)現(xiàn)透光率的降低和光束圖案的變形。
表4

對于(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體，在使用波長為266nm的光的情況下，當使用Gd的光吸收減少或者幾乎不含Gd的復合物YCa4O(BO3)3時，獲得較高的透光率。
實施例4參照圖2描述本實施例的光學成象設(shè)備。從光源13發(fā)出的光進入紫外光聲光器件11。數(shù)字14代表入射光。紫外光聲光器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1中所示的相同。根據(jù)從激勵電路12送出的信號調(diào)制的透射光15和衍射光16從紫外光聲光器件11中射出。通常，使用提供高消光系數(shù)(即，光為ON的狀態(tài)和光為OFF的狀態(tài)之間的差異大)的衍射光16。然而，根據(jù)其用途，可以僅使用透射光15，或者可以將透射光15和衍射光16都使用。衍射光到達像平面17，從而相應于從激勵電路12發(fā)送的信號形成一圖象或線。
使用GaN-基半導體激光器(波長為380nm，輸出功率是10mW)作為光源13。使用摻雜有MgO的LN晶體或(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體作為聲光器件11的介質(zhì)。在這種情況下，由于光學功率低，因此可以將其用作例如激光顯微鏡的光源或者激光打印機的光源。當使用它作為激光顯微鏡的光源時，與使用可見光的常規(guī)情形相比，可以形成較小的焦點并且可以獲得提高的分辨率。而且，通過觀察像平面(在這種情況下是樣品平面)上的熒光可以鑒定材料的種類。
而且，當將其用于激光打印機時，可以獲得較高分辨率的激光打印機。
實施例5參照圖3描述本實施例的光學成象設(shè)備。從光源13發(fā)出的光進入紫外光聲光器件11。數(shù)字14代表入射光。根據(jù)從激勵電路12發(fā)出的信號調(diào)制的透射光15和衍射光16從紫外光聲光器件11中射出。在此，由于使用衍射光16，因此使用光束制止器20遮蔽屬于器件中的雜散光的透射光15。衍射光16被可移動的鏡子18反射，從而在像平面19上形成一圖象。
在本實施例中，使用YAG激光器的第三諧波用作所述光源，并且其平均輸出功率是0.5W。使用光學多面體作為可移動的鏡子18。將CsLiB6O10用于聲光介質(zhì)。在此，光源13的平均輸出功率高，并且光可以較大角度被可移動的鏡子18反射。因此，可以直接將其用于例如在印刷板上直接繪畫或者用作激光顯示器的光源。當將其用作在印刷板上直接繪畫的設(shè)備時，所述設(shè)備的特征在于提高的分辨率和作為光感受器的光致抗蝕劑的成本降低。
而且，在使用它作為激光顯示器的光源的情況下，當將作為相應于紅、綠和藍的光感受器的磷光體施加于像平面19上時，可以獲得其中磷光體被紫外光激勵的激光顯示器。由于除了在像平面19上激勵的磷光體的紅、綠和藍光可以見到之外，看不到直接投射到顯示器上的激光束，因此不產(chǎn)生散斑干擾(是激光顯示器的一個缺陷)。
如上所述，根據(jù)本實施例，可以獲得使用波長為380nm或更短的聲光器件。此外，可以獲得既沒有引起光學破壞也沒有引起激光破壞的紫外光聲光器件。
上述實施方式是使用Li2B4O7晶體、(GdY)1Ca4O(BO3)3晶體和CsLiB6O10晶體作為含有硼的不同氧化物晶體描述的。然而，應理解的是也可以使用其它晶體，包括LaCa4O(BO3)3、LiB3O5、α-BaB2O4和β-BaB2O4晶體。
而且，在上面，作為聲光器件的一個實例描述了聲光調(diào)制器。然而，可以將所述聲光器件用作使用波長為380nm或更短的光的聲光器件，例如聲光光偏轉(zhuǎn)器、聲光過濾器、聲光移頻器等。
而且，在像平面上形成特定圖象或線對光學成象設(shè)備來說并非總是必要的?？梢詫⑵溆米骼缂す怙@微鏡(照射整個像平面)的設(shè)備。
在不背離本發(fā)明的精神或主要特征的情況下，可以其它方式實施本發(fā)明。本申請公開的這些實施方式無論如何應認為是解釋性的，而非限制性的。本發(fā)明的范圍是由附加的權(quán)利要求書描述的，而不是通過前面的說明書描述的，并且在這些權(quán)利要求的等價意義和范圍內(nèi)的所有變化都應包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種紫外光聲光器件，其包括射頻信號輸入部件；將射頻信號轉(zhuǎn)換成機械振動的轉(zhuǎn)換器裝置；和光學特性隨機械振動變化的聲光介質(zhì)，其中進入所述聲光介質(zhì)的光是波長為380nm或更短的紫外光，并且所述聲光介質(zhì)是由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO3晶體、或摻雜有MgO的LiNbO3晶體形成的。
2.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中所述氧化物單晶含有至少堿金屬或堿土金屬作為其晶胞組分。
3.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中所述含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶是至少一種選自以下的單晶Li2B4O7、CsLiB6O10、LaCa4O(BO3)3、LiB3O5、α-BaB2O4和β-BaB2O4。
4.如權(quán)利要求3的紫外光聲光器件，其中所述氧化物單晶是Li2B4O7或CsLiB6O10單晶。
5.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中所述氧化物單晶還含有稀土元素作為其晶胞組分。
6.如權(quán)利要求5的紫外光聲光器件，其中所述含有稀土元素作為其晶胞組分的氧化物單晶是至少一種選自(GdY)1Ca4O(BO3)3和YCa4O(BO3)3的單晶。
7.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中MgO的摻雜量是7mol.％或更低。
8.如權(quán)利要求7的紫外光聲光器件，其中所述摻雜量是0.5mol.％-7mol.％。
9.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中所述聲光介質(zhì)的至少一部分還覆蓋有高導熱薄片。
10.如權(quán)利要求9的紫外光聲光器件，其中所述高導熱薄片是石墨薄片。
11.如權(quán)利要求1的紫外光聲光器件，其中所述的進入聲光介質(zhì)的光具有160nm-380nm的波長。
12.一種光學成象設(shè)備，其包括用于發(fā)出波長為380nm或更短的光的光源；用于衍射從光源發(fā)出的光的紫外光聲光器件；激勵電路；和一個像平面，被紫外光聲光器件衍射的光在其上形成一圖象，其中所述紫外光聲光器件包括由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO3晶體、或摻雜有MgO的LiNbO3晶體形成的聲光介質(zhì)。
13.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其中所述氧化物單晶含有至少堿金屬或堿土金屬作為其晶胞組分。
14.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其中所述含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶是至少一種選自以下的單晶Li2B4O7、(GdY)1Ca4O(BO3)3、CsLiB6O10、YCa4O(BO3)3、LaCa4O(BO3)3、LiB3O5、α-BaB2O4和β-BaB2O4。
15.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其還包括一個可移動的鏡子，該鏡子借助經(jīng)紫外光聲光器件衍射的光在所述像平面上形成一圖象，所述可移動的鏡子放置在紫外光聲光器件和像平面之間。
16.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其中所述聲光介質(zhì)的至少一部分還覆蓋有高導熱薄片。
17.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其中所述高導熱薄片是石墨薄片。
18.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其還包括一個用于遮蔽穿過紫外光聲光器件的光的光束制止器，所述光束制止器放置在穿過紫外光聲光器件的透射光的光路上。
19.如權(quán)利要求12的光學成象設(shè)備，其中所述像平面是光感受器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種紫外光聲光器件，其包括射頻信號輸入部件；將射頻信號轉(zhuǎn)換成機械振動的轉(zhuǎn)換器裝置；和光學特性隨機械振動變化的聲光介質(zhì)。在所述紫外光聲光器件中，進入所述聲光介質(zhì)的光是波長為380nm或更短的紫外光，并且所述聲光介質(zhì)是由含有至少硼作為其晶胞組分的氧化物單晶、LiNbO
文檔編號G02F1/33GK1499244SQ20031011418
公開日2004年5月26日 申請日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者峯本尚, 西山壽美, 涉谷公彥, 彥, 本尚, 美 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社