DE1043882B - Einrichtung zur UEbertragung eines Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schaltungen und Einrichtungen zur Übertragung von elektrischen Signalen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Schaltungen und Einrichtungen, bei denen die Übertragung des elektrischen Signals durch eine unverzerrte Spannungsmodulation der Photolumineszenz ererfolgt.

Bei einer Einrichtung zur Übertragung eines Signals unter Verstärkung mit Hilfe eines Photoelements ist gemäß der Erfindung ein auf Bestrahlung mit kurzwelliger Strahlung zum Leuchten mit langwelliger Strahlung erregbarer Körper, vorzugsweise ein z. B. mit Silber, Kupfer, Gold, Arsen oder Phosphor und mit einem Halogen oder einem Element der III B-Gruppe des Periodischen Systems aktivierter Leuchtstoff, z. B. aus der Zink-Kadmium-Sulfid-Selenid-Familie, vorgesehen, der optisch mit einem ausschließlich von der langwelligen Strahlung des Körpers beaufschlagten, photoempfindlichen Körper, etwa einem Photoelement gekoppelt ist, wobei der zuerst genannte Körper hinsichtlich der Emission von einem ihn durchsetzenden elektrischen Feld abhängig ist, welches mit Signalen moduliert wird; an dem photoempfindlichen Körper kann entsprechend der Signalmodulation verstärkt das gleiche Signal in elek- irischen Größen abgenommen werden. Es sind auch Mittel vorgesehen, die den lichtempfindlichen Körper gegen jegliche Strahlung abschirmen, gegenüber der er mit Ausnahme der von dem durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoff abgegebenen empfindlich ist. Weiterhin ist eine Möglichkeit gegeben, um ein elektrisches Signal in Form schwacher, sich ändernder, elektrischer Felder von etwa 10 bis 10³ Volt/cm auf den durch Strahlung anzuregenden Körper aufzudrücken.

Wenn dieses Gerät derart in eine elektrische Schaltung eingebaut wird, daß der mit Strahlung zum Leuchten zu bringende Körper von einer nicht pulsierenden Strahlung getroffen wird, deren Wellenlänge kürzer als die Absorptionskante des Leucht-Stoffs ist, und wenn außerdem eine Stromquelle und eine Belastung in der Schaltung mit dem lichtempfindlichen Gerät in Verbindung gebracht werden, werden schwache elektrische Signale von großer Bandbreite übertragen, wobei eine elektrische Verstärkung von schwachen Signalen mit geringer Verzerrung und vernachlässigbarer elektrischer Kopplung zwischen dem Eingangs- und Ausgangskreis zustande kommt.

Fig. 1 ist eine teilweise weggelassene, perspektivische Ansicht einer Signalübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Signalübertragungsgeräts nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine teilweise aufgeschnittene perspekti-Einrictitung zur Übertragung eines Signals

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Juli 1956

Richard Emerson Halsted, Ballston Lake, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

vische Ansicht einer andersartigen Ausführungsform des Geräts nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 enthält ein Signalübertragungsgerät 1 ein Strahlungsfilter 2, eine Schicht eines durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffs 3, die zwischen lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Filmen 4 und 5 liegt, ein weiteres Strahlungsfilter 6, eine Schicht eines Photoleiters 7 und zwei kammartig ineinandergreifende Elektroden 8 und 9, die mit einzelnen Flächenteilen der photoempfindlichen Schicht 7 in Berührung stehen. Zwei Eingangsklemmen 10 und 11 sind an die lichtdurchlässigen, leitenden Filme 4 und 5 angeschlossen. Zwei Ausgangsklemmen 12 und 13 sind mit den kammartig ineinandergreifenden Elektroden 8 und 9 verbunden.

Die durch Strahlung anzuregende Schicht 3 kann aus irgendeinem Leuchtstoff zusammengesetzt sein, der eine langwellige Strahlung aussendet, die keine Wärmestrahlung ist, wenn er von kurzwelliger Strahlung getroffen wird, und der folgende drei Bedingungen erfüllt:

1. In dem Leuchtstoff muß die Lumineszenz durch die Oberflächenabsorption einer einfallenden Strahlung entstehen, die eine kürzere Wellenlänge als die Absorptionskante des Leuchtstoffs hat. In diesem Fall absorbiert das Leuchtstoffgitter in der Nähe seiner Oberfläche die einfallende Strahlung, wobei freie Elektronen und Löcher entstehen und unter Lichtabgabe rekombinieren.

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2. Entweder müssen die freien Elektronen oder die Löcher, die durch die obengenannte Absorption gebildet sind, eine viel größere Beweglichkeit in dem Leuchtstoffgitter als die andere Art der Ladungsträger haben. S

3. Die Rekombination von Elektronen und Löchern in dem Leuchtstoff muß stark von der augenblicklichen Dichte der beweglicheren Ladungsträger in dem Absorptionsgebiet abhängen.

Die Gründe für diese Forderungen werden hiernach ausführlicher erklärt. Beispielsweise kann die mit Strahlung anzuregende Schicht 3 als Leuchtstoffe, die die obenerwähnten Bedingungen erfüllen, solche der Zink-Kadmium-Sulfid-Selenid-Familie enthalten, die mit bestimmten, Photolumineszenz hervorrufenden Konzentrationen eines Aktivators, z. B. Silber, Gold, Kupfer, Arsen und Phosphor, aktiviert sind. Alle diese Leuchtstoffe sind natürlich mit einem Stoff, z. B. mit einem Halogen, beispielsweise Chlor oder mit einem Element der III B-Gruppe des Periodischen ao Systems der Elemente mit gleichem Anteil wie der Aktivator zusätzlich aktiviert. Einige spezielle Leuchtstoffe, die beim Bau der Geräte gemäß der Erfindung verwendet wurden, enthalten, z. B. mit 0,01 Gewichtsprozent Silber und Chlor aktiviertes Zinksulfid (ZnS: 0,01 % Ag, Cl) mit 0,01 Gewichtsprozent Kupfer und Aluminium aktiviertes Zinksulfid (ZnS: 0,01 % Cu, Al), mit 0,01 Gewichtsprozent Silber und Chlor aktiviertes Zinkkadmiumsulfid mit 35 %, 50 % oder 85 % Kadmium (ZnCds [35%Cd] : 0,01%Ag, Cl), (ZnCdS [50% Cd] : 0,01% Ag, Cl) oder (ZnCdS [85% Cd] : 0,01 Ag, Cl) und mit 0,01 Gewichtsprozent Kupfer und Chlor aktiviertes Zinksulfoselenid (ZnSSe [20% Se] :0,01% Cu, Cl). Diese speziellen Leuchtstoffe sind nur als Beispiele gewählt; alle anderen Leuchtstoffe, die die ztivor genannten Bedingungen erfüllen, sind zur Verwendung für diese Erfindung geeignet.

Die durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffe, die die zuvor genannten Bedingungen erfüllen, muß man von den elektrisch anzuregenden Leuchtstoffen unterscheiden, die im allgemeinen höhere Konzentrationen von Aktivatorbeimengungen enthalten. Diese durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffe sind gegenüber einer von der Polung abhängigen Wechselfeldmodulation der Photolumineszenz empfindlich. In dieser Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen werden die durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffe, die den zuvor genannten Bedingungen genügen, »von der Polung abhängige, durch ein Feld modulierbare, durch Strahlung anzuregende Leuchtstoffe« genannt.

Der Stoff, der in der photoleitenden Schicht 7 enthalten ist, ist derart ausgesucht, daß er auf die von der angeregten Schicht 3 abgegebene Strahlung reagiert. Als Photoleiter wird ein Stoff bezeichnet, dessen elektrische Impedanz sich merklich mit der einfallenden Strahlung verändert. Zahlreiche Stoffe dieser Art sind allgemein bekannt. Falls die Bedingung erfüllt wird, daß der Photoleiter 7 auf die von der durch Strahlung angeregten Schicht 3 abgegebene Strahlung anspricht, mag die photoleitende Schicht 7 in üblicher Weise ein Sulfid, Selenid oder Tellurid des Zinks, Kadmiums oder Bleis enthalten. Die durch Strahlung anzuregende Schicht 3 und die photoleitende Schicht 7 können ein Mikrokristallgefüge aus passenden Stoffen, die durch ein dielektrisches Bindemittel gebunden sind, ein Gefüge aus günstig orientierten Einzelkristallen oder eine zusammenhängende, kristalline Schicht aus einem geeigneten Material enthalten, die durch Verdampfung oder durch bekannte Aufdampfverfahren aufgebracht sind. Die lichtdurchlässigen, leitenden Elektroden 4 und S können dünne, halbdurchlässige Schichten aus einem Metall, z. B. Aluminium oder Silber, von der Dicke eines Bruchteils eines Mikrons sein. Diese Elektroden können auch dünne, lichtdurchlässige Schichten aus Zinnoxyd, das als »leitendes Glas« bekannt ist, oder Titanoxyd sein.

Die kammartig ineinandergreifenden Elektroden 8 und 9 bestehen aus einer Reihe leitender Teile, die in üblicher Weise als Striche aus einer Silber- und Aluminiumpaste aufgemalt sein oder aus einem beliebigen aufgedampften oder niedergeschlagenen Stoff bestehen können, wie hinsichtlich der lichtdurchlässigen Leiter 4 und 5 beschrieben wurde. Es ist nicht notwendig, daß die Elektroden 9 und 8 kammartig ineinandergreifen und an der gleichen Seite der photoleitenden Schicht 7 liegen. Zum Beispiel arbeitet das Gerät in derselben Weise, wenn die Elektroden 8 und 9 an entgegengesetzten Seitenflächen der Schicht? hergestellt sind, wobei allein die Bedingung zu erfüllen ist, daß die Elektrode, die zwischen der photoleitenden Schicht 7 und der durch Strahlung angeregten Schicht 3 liegt, für die von der Schicht 3 abgegebene Strahlung durchlässig ist. Dies läßt sich auf einfache Weise erreichen, wenn diese Elektrode ein lichtdurchlässiger, leitender Film aus Zinnoxyd oder Titanoxyd ist.

Das Strahlungsfilter 6 ist so ausgewählt, daß es im wesentlichen alle vom angeregten Leuchtstoff 3 abgegebene Strahlung hindurchgehen läßt, aber keine Strahlung zur photoleitenden Schicht 7 hindurchläßt, deren Wellenlänge kleiner als die kürzeste, charakteristische, von der Leuchtstoffschicht 3 emittierte Wellenlänge ist. Diese Eigenschaft des Filters 6 ist deshalb so gewählt, damit der Photoleiter 7, der beim Betrieb des Signalübertragungsgerätes 1 durch die von der Leuchtstoffschicht 3 emittierte Strahlung angeregt wird, nicht einer unerwünschten Anregung durch äußeres Licht von kürzerer Wellenlänge unterliegt, als es von der Leuchtstoffschicht 3 emittiert wird. Das Strahlungsfilter 2 ist so ausgesucht, daß es die Strahlung mit kürzerer Wellenlänge als die Absorptionskante des durch Strahlung anzuregenden Stoffes 3 hindurchgehen läßt. Die Kenngrößen dieses Filters können fernerhin derart festgelegt werden, daß es die Fortpflanzung jeglicher langwelliger Strahlung unterbindet, die nicht in den Oberflächenbereichen des durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffes absorbiert wird, aus dem die Schicht 3 besteht. Das Filter 6 ist deshalb so gewählt, damit es die vom Filter 2 abgefangene Strahlung hindurchgehen läßt, in der die von der Leuchtstoffschicht 3 emittierte Strahlung enthalten ist, und damit es die von dem Filter 2 hindurchgelassene Strahlung abhält. Geeignete Filter, die die soeben aufgeführten Erfordernisse erfüllen, sind im Handel erhältlich.

Ein spezielles nach Fig. 1 gebautes Gerät enthielt ein besonderes Glasfilter als Filter 2. Die lichtdurchlässigen leitenden Filme 4 und 5 waren aufgedampfte, lichtdurchlässige Zinnoxydschichten. Die durch Strahlung anzuregende Leuchtstoffschicht 3 bestand aus einem feinverteilten Pulver aus Zinkkadmiumsulfid (50% Cd), das mit 0,01 Gewichtsprozenten Silber und Chlor aktiviert war. Das Filter 6 war ein bestimmtes spezielles Glasfilter. Die photoleitende Schicht 7 enthielt eine kristalline Schicht aus Kadmiumsulfid. Die kammartig ineinandergreifenden Elektroden 8 und 9 waren dünne, sich abwechselnde Streifen aus Silberpaste. Das ganze Gerät mit Aus-

nähme der frei liegenden Außenfläche des Filters 2 war von einer lichtundurchlässigen Schicht 14 eingeschlossen, indem es mit einer gefärbten Polyvinylchloridfolie überzogen war. Die Schicht 14 kann auch ein beliebiges geeignetes kunststoff- oder harzartiges, undurchsichtiges Isolationsmaterial sein, von denen viele an sich dem Fachmann geläufig sind.

Wenn auch in Fig. 1 die durch Strahlung anzuregende Leuchtstoffschicht 3 und die lichtempfindliche Schicht 7 als einzelne Schichten parallel zueinander in einem bestimmten Abstand dargestellt sind, ist dieser besondere Aufbau, obgleich es sich um die bevorzugte Ausführungsform handelt, nicht für die Arbeitsweise des Geräts von Bedeutung. Die einzige konstruktive Forderung besteht darin, daß der durch Strahlung anzuregende Leuchtstoffkörper und der photoempfindliche Körper des Geräts miteinander durch Strahlung gekoppelt sind. Die Strahlungskopplung ist durch eine solche geometrische Form und Zusamensetzung gegeben, daß der photoempfindliche Körper gegenüber der Strahlung des durch Strahlung anzuregenden Körpers frei liegt und seine elektrische Impedanz merklich ändert, wenn der durch Strahlung anzuregende Körper zur Lumineszenz angeregt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine maximale Lichtkopplung schon mit einem einfachen Gebilde erzielt, das stabil, billig und leicht herzustellen ist.

Es ist also nicht wesentlich, daß das Gerät der Fig. 1 als eine einzige Einheit aus parallelen und aneinander angrenzenden Schichten aufgebaut ist. Andererseits kann das Signalübertragungsgerät gemäß der Erfindung zwei einzelne Einheiten enthalten, von denen die eine der durch Strahlung anzuregende Körper und seine beiden zugehörigen Filter und die andere der photoempfindliche Körper und seine zugehörigen Elektroden sind. Beide Einheiten befinden sich in einer Fassung oder Hülle, deren Wand lichtundurchlässig ist, so daß der photoempfindliche Körper vollständig gegen alle Strahlung mit Ausnahme der von dem durch Strahlung angeregten Körper abgegebenen und der durch sein Austrittsfilter hindurchgegangenen Strahlung abgeschirmt wird. Der photoempfindliche Körper braucht nicht unbedingt photoleitende Schicht zu sein, aber kann z. B. ein Photoelement sein, das eine Spannung proportional der Intensität der einfallenden Strahlung erzeugt. In einigen besonderen Fällen kann der photoempfindliche Körper sogar ein aktives, elektronisches Schaltelement, z. B. ein Photomultiplier sein, der zusammen mit dem durch Strahlung anzuregenden Körper in einer lichtundurchlässigen Hülle oder Fassung eingeschlossen ist.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Signalübertragungsgerätes nach Fig. 1 zu sehen. Das Gerät 1 ist zur Übertragung von Wechselstromsignalen bestimmt. Ein Eingangssignal wird über einen Kondensator 15 zugeführt, erscheint am Widerstand 16 und wird zu den Klemmen 10 und 11 weitergeleitet, wodurch die Signalspannung zwischen den lichtdurchlässigen, leitenden Filmen 4 und 5 zu liegen kommt und wodurch eine Wechselspannung, die das Eingangssignal darstellt, an der Leuchtstoffschicht 3 angelegt wird. Eine Strahlungsquelle 17, von deren Strahlung wenigstens ein Teil eine kürzere Wellenlänge als die Absorptionskante des Leuchtstoffs der Schicht 3 hat, gibt Strahlung über das Filter 2 ab und bestrahlt gleichmäßig den durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoff 3. Die Quelle 17 kann eine ultraviolette Lampe, eine zum Leuchten zu bringende Zelle oder eine beliebige andere Strahlungsquelle, z. B. die Sonne, sein, deren Strahlung einen Bestandteil aufweist, dessen Wellenlänge kürzer als die Absorptionskante des Leuchtstoffs 3 ist. Die vom angeregten Leuchtstoff 3 emittierte Strahlung geht durch das Filter 6 hindurch, das unerwünschte Strahlung von der Quelle 17 her beseitigt, während es die emittierte Strahlung auf die photoleitende Schicht 7 fallen läßt. Die elektrische Impedanz des Photoleiters 7 ändert sich mit der Lichtemission des durch Strahlung anzuregenden Leucht-Stoffs 3, deren Intensität sich entsprechend dem Wechselspannungssignal ändert. Eine elektrische Gleichspannungsquelle, z. B. eine Batterie 18, stellt zwischen den Elektroden 8 und 9, die mit den verschiedenen Flächenteilen der photoleitenden Schicht 7 in Berührung stehen, eine Gleichspannung her; außerdem tritt eine Gleichspannung an einem Belastungswiderstand 19 auf. Wenn sich jedoch die Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht 7 entsprechend der Emission der durch Strahlung angeregten Schicht 3 ändert, die sich ihrerseits mit dem ihr zugeführten, sich ändernden Signal ändert, entsteht eine Wechselspannungskomponente an dem Belastungswiderstand 19, die eine verstärkte Wiedergabe der Signalspannung am Widerstand 16 ist. Wenn also Signale über den Kondensator 15 und den Widerstand 16 zugeführt werden und eine Signalspannung an der durch Strahlung anzuregenden Schicht 3 verursachen, werden sie mit einer vernachlässigbaren Verzerrung bei größeren Intensitäten vollkommen getreu am Belastungswiderstand 19 zwischen Ausgangsklemmen 20 und 21 reproduziert. Hierdurch wird eine Schaltung zur Übertragung von Wechselstromsignalen hergestellt. Es sei bemerkt, daß die Größe der Signalspannungen, die zwischen den Klemmen 10 und 11 beim Betrieb angelegt werden, sehr niedrig ist und insbesondere kleiner als die z. B. zur Anregung der Elektrolumineszenz erforderliche Spannung ist. Das Gerät 1 reagiert auf Signale, die ein elektrisches Feld (von 10 bis 10³ V/cm in der Schicht 3 aufbauen.

Man hat herausgefunden, daß die Emission eines Leuchtstoffes, der zur Lumineszenz durch Bestrahlung mit einer kürzeren Wellenlänge als der der Absorptionskante angeregt wird, bis zu 50 °/o bei vernachlässigbarer Verzerrung mit Hilfe einer schwachen Wechselspannung moduliert werden kann. Dabei hat das sich ergebende elektrische Wechselfeld eine Größe von 10 bis 10³ V/cm und verläuft senkrecht zur Oberfläche des Leuchtstoffs. Das Gerät nach Fig. 1 und die Schaltung nach Fig. 2 arbeiten nach den zuvor erwähnten Prinzipien. Diese durch Strahlung vermittelte Modulation erleichtert die Umwandlung von schwachen elektrischen Signalen in relativ starke Lichtsignale, die danach in starke, elektrische Signale umgewandelt werden können, wodurch eine Verstärkung erzielt wird. Der Begriff »Absorptionskante« bezeichnet, wenn er in Verbindung mit einem durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoff benutzt wird, die Wellenlänge der Anregungsstrahlung, deren Quantenenergie ausreicht, um ein Elektron im Kristallgitter der Leuchtstoffe vom Valenzband ins Leitfähigkeitsband zu heben. Die einfallende Strahlung, deren Wellenlänge kürzer als die Absorptionskante eines vorgegebenen Leuchtstoffs ist, wird infolgedessen in charakteristischer Weise absorbiert, während die Strahlung mit längeren Wellen vom Kristallgitter des Leuchstoffes in charakteristischer Weise hindurchgelassen wird.

Während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 2 wird die elektromagnetische Strahlung, von derwenigstens ein Bestandteil eine kürzere Wellenlänge als die

Absorptionskante des Leuchtstoffes 3 aufweist von der Quelle 17 aus auf das Signalübertragungsgerät 1 gelenkt, wo sie zuerst auf ein Filter 2 fällt. Da das Filter 2 ja so ausgesucht ist, daß es nur Strahlung mit kürzerer Wellenlänge als die Absorptionskante des Leuchtstoffs 3 hindurchgehen läßt, tritt dieses kurzwellige Licht durch das Filter 2 und den lichtdurchlässigen leitenden Film 4 hindurch und fällt auf den durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoff 3, der in-

Eine geänderte Ausführungsform des Gerätes ohne
Filter ist in Fig. 3 zu sehen. In Fig. 3 enthält das
Signalübertragungsgerät 1 die durch Strahlung anzuregende Schicht 3, die die parallel in bestimmter Dicke
5 zwischen den lichtdurchlässigen, leitenden Filmen 4
und 5 liegt, eine isolierende Schicht 5' aus einem lichtdurchlässigen Material und daneben die photoleitende
Schicht 7, die an ihrer einen freiliegenden Fläche mit
den beiden kammartig ineinandergreifenden Elektro-

folgedessen zur Lumineszenz angeregt wird und seine io den S und 9 in Verbindung steht. Die Eingangskiemcharakteristische Strahlung emittiert. Sollte ein Teil men 10 und 11 sind mit den lichtdurchlässigen, leitender Anregungsstrahlung der Quelle 17 nicht in der den Filmen 4 und 5 verbunden; die Ausgangsklemmen Schicht 3 absorbiert werden und sollte dieses Licht 12 und 13 sind an den kammartig ineinandergreifenauch noch bis zum Filter 6 gelangen, dann wird es den Elektroden 8 und 9 befestigt. Folgende Bestanddurch dieses Filter aufgehalten und daran gehindert, 15 teile wurden z. B. beim Aufbau eines Gerätes, das zur photoleitenden Schicht 7 hindurchzugehen und z. B. in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet: Die Strahlungsderen Leitfähigkeit zu verändern. Die von der ange- quelle 17 war eine Argonglimmlampe; die durch regten Schicht 3 emittierte Strahlung muß gemäß der Strahlung anzuregende Schicht 3 enthielt (ZnCdS Festsetzung größere Wellenlängen als deren Absorp- [50% Cd] : 0,01% Ag, Cl). Die photoleitende tionskante aufweisen, da die durch Strahlung anzu- 20 Schicht 7 war eine Schicht aus gesinterten Kadmiumregenden Leuchtstoffe für ihre eigene, emittierte Strah- sulfidkristallen. In diesem Fall wies die Strahlung der lung durchlässig sind. Die von der Leuchtstoffschicht 3 Quelle 17 keine Komponente auf, auf die die photoabgegebene Strahlung wird vom Filter 6 durchgelassen empfindliche Schicht 7 ansprach. Die emittierte Strah- und fällt auf der photoleitenden Schicht 7 auf. Die lung hatte kürzere Wellenlängen als die Absorptions-Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht 7 ändert sich 25 kante der durch Strahlung anzuregenden Schicht 3, entsprechend der Intensität dieser abgegebenen Strah- so daß alle Bedingungen erfüllt waren und das Gerät lung, wodurch ein modulierter Strom zwischen den im wesentlichen so arbeitete, wie hinsichtlich der Anschlüssen 12 und 13 erzeugt wird, wenn an diese Fig. 1 beschrieben wurde.

eine Gleichspannung angelegt ist. Ein Wechselspan- Die Erscheinung der durch Strahlung angeregten

nungssignal wird am Eingangswiderstand 16 den An- 30 Modulation, die der Arbeitsweise der Geräte und Schlüssen 10 und 11 zugeführt, die mit den licht- Schaltungen gemäß der Erfindung zugrunde liegt, soll, durchlässigen leitenden Filmen 4 und 5 in Verbindung wie man annimmt, folgendermaßen ablaufen: Wenn stehen. Durch das Signal wird ein elektrisches Wech- ein durch Strahlung anzuregender Leuchtstoff durch selfeld in der durch Strahlung anzuregenden Schicht 3 Strahlung erregt wird, deren Wellenlänge kürzer als aufgebaut. Entsprechend dieser Entdeckung bringt der 35 seine Absorptionskante ist, wird der zur Lumineszenz Aufbau dieses elektrischen Wechselfeldes in der angeregt. Die Anregung erfolgt im wesentlichen im Leuchtstoffschicht 3 eine mit dem Feld übereinstim- Oberflächenbereich des Leuchtstoffs, der von der mende, unverzerrte Modulation der Lichtabgabe des Strahlungsquelle Strahlung empfängt, deren kürzere Leuchtstoffs 3 und eine sich daran anschließende Mo- Wellenlängen als die Absorptionskante des Leuchtdulation der elektrischen Impedanz der photoleitenden 40 stoffes stark von der Oberfläche absorbiert werden Schicht 7 mit sich. Die in Form eines Signals am Ein- und nicht tief in die Leuchtmasse eindringen. Der gangswiderstand 16 zugeführte Information wird voll- Anregungsmechanismus bei der Absorption der einkommengetreu am Ausgangswiderstand 19 unter einer fallenden Strahlung im Leuchtstoffgitter besteht, wie Zunahme der Amplitude wiedergegeben, die mit dem man glaubt, darin, daß die einfallende Strahlung freie Verstärkungsfaktor des Gerätes übereinstimmt. Um 45 Elektronen und Löcher bildet, die bei der Rekombidie Empfindlichkeit des Gerätes gemäß der Erfindung nation Quanten des sichtbaren Lichts aussenden. Wenn

ein durch Strahlung anzuregender Leuchtstoff bestrahlt und Lumineszenz beobachtet wird, erzeugt die Anlegung eines normalen Wechselfeldes quer zur 50 Leuchtstoffschicht beweglichere Ladungsträger, im allgemeinen Elektronen, die abwechselnd von dem Oberflächenbereich des Leuchtstoffs weggeführt werden und in ihn zurückkehren. Wenn die Polung der an den Leuchtstoff angelegten Wechselspannung geErfindung bauen, in denen diese Filter fehlen, ohne 55 rade derart ist, daß die Elektronen aus dem Oberdaß die Arbeitsweise des betreffenden Gerätes beein- flächenbereich weggeführt werden, bleiben positive flußt wird. Um diese Filter weglassen zu können, muß Löcher in diesem Bereich zurück. Die Rekombination man eine Quelle 17 mit solcher kurzwelliger Strahlung wählen, daß nur Strahlung emittiert wird, die

gegenüber geringen Spannungen deutlich zu machen, wurden in einem Fall Tonsignale von einem üblichen Kristalltonaufnehmer direkt angezeigt, der eine maximale Ausgangsspannung von etwa 1 Volt besitzt.

Wenn auch die Filter 2 und 6 sicherstellen, daß das photoleitende Element 7 allein von Strahlung getroffen wird, die aus der durch Strahlung angeregten Schicht 3 austritt, kann man auch Geräte gemäß der

der Elektronen mit den positiven Löchern wird infolgedessen weniger wahrscheinlich; folglich nimmt

von der durch Strahlung anzuregenden Schicht 3 ab- 60 die Intensität der im Leuchtstoff ausgelösten Strahsorbiert wird oder auf die die photoleitende Schicht 7 lung scharf ab. Andererseits kehren die aus dem Obernicht anspricht. Der alleinige Zweck der Filter 2 und
6 besteht darin, zu gewährleisten, daß nur die aus der

Leuchtstoffschicht 3 stammende Strahlung die Impe-

flächenbereich des Leuchtstoffs weggeführten Elektronen bei Umkehr der Polung der angelegten Wechselspannung sofort wieder zurück. Diejenigen

danz der photoleitenden Schicht 7 beeinflußt. Wenn 65 Elektronen, die nicht rekombinieren konnten, als sie

z. B. die Quelle 17 eine elektrisch anzuregende Leuchtzelle ist, die blaue Strahlung in einem engen Spektralbereich emittiert, für die die photoleitende Schicht 7 unempfindlich ist, kann man von den beiden Filtern 2 und 6 absehen.

aus dem Oberflächenbereich weggeführt waren, vereinigen sich dann in dem Augenblick mit den positiven Löchern, wenn sich andere neu entstandene, freie Elektronen und Löcher gerade wieder vereinigen, so 70 daß auf diese Weise eine viel höhere Intensität der

emittierten Strahlung zustande kommt, als es ohne Anlegung einer Wechselspannung an den Leuchtstoff der Fall sein würde. Die Strahlungsintensität, die verlorengeht, wenn die Elektronen aus dem Oberflächenbereich der Leuchtstoffe weggeführt werden, wird beim nächsten Wechsel der angelegten Wechselspannung wiedergewonnen. Daher wird die Bewegung der beweglichen Ladungsträger, von der die durch Strahlung angeregte/Modulation abhängt, von der Polung und von der Stärke des angelegten elektrischen Wechselfeldes beeinflußt. Die charakteristische, von der Polung abhängige, durch Strahlung anzuregende Modulation ist notwendig, damit die Frequenz vollkommen getreu wiedergegeben wird. Da die elektrischen Eingangssignale allein dazu benutzt werden, um die Strahlungs- emission des Leuchtstoffmaterials zu steuern und nicht um die Energie zu liefern, die eine solche Emission erzeugt, kann eine elektrische Verstärkung mit den Geräten und Schaltungen der Erfindung auf recht günstige Weise erreicht werden.

Der Mechanismus der durch Strahlung anzuregenden Modulation unterscheidet sich von der Elektrolumineszenz; dabei ermöglichen die Unterscheidungsmerkmale den Betrieb der Geräte gemäß der Erfindung. Im Falle der Elektrolumineszenz sind elektrische Felder in der Größe von 10⁴V/cm im allgemeinen erforderlich. Wenn ein elektrisch anzuregender Leuchtstoff von einem elektrischen Wechselfeld angeregt wird, ist die Lichtemission nicht von der Polung abhängig und weist bei jeder Schwingung der angelegten Wechselspannung zwei Maxima auf; hiermit ist also eine Frequenzänderung verbunden. Bei der durch Strahlung anzuregenden Modulation andererseits ändert sich die Modulation der Emission in Übereinstimmung mit der angelegten Wechselspannung; daher ist hier keine Frequenzänderung vorhanden.

Die zuvor gegebene Beschreibung soll eine wissenschaftliche Erklärung für die beobachtete Erscheinung geben, auf der die Arbeitsweise der Geräte und Schaltungen dieser Erfindung beruht, und nur als solche angesehen werden. Sie soll auf den Schutzumfang der Erfindung keinen Einfluß haben. Geräte und Schaltungen gemäß der Erfindung weisen mehrere nützliche Eigenschaften auf und können auf vielen elektronischen Anwendungsgebieten benutzt werden. Ein derartiges Beispiel ist die im wesentlichen in Fig. 2 gezeigte Schaltung von dem Gerät 1, in dem strahlungsgekoppelte, durch Strahlung anzuregende und photoempfindliche Körper verwendet werden, damit die Ausgangsleistung eines üblichen Tonaufnahmegerätes verstärkt werden kann. Die benutzte einfallende Strahlung war gefiltertes Sonnenlicht, das natürlich kurzwellige Komponenten aufweist. Die Ausgangsklemmen der Signalübertragungsschaltung nach Fig. 2 wurden in einen Tonverstärker eingeführt, dessen Ausgang einen Lautsprecher in Gang setzte, der die in dem Tonaufnahmegerät enthaltenen Nachrichten getreu wiedergab. In diesem Fall einer Anwendung gab der Verstärker nach Fig. 2 die Tonsignale vollkommen getreu wieder, die von dem Tonaufnahmegerät stammten. In einem anderen Fall wurde ein Gerät, das diesem zur Verstärkung der Ausgangsleistung eines Tonaufnahmegerätes dienenden ähnlich war, als Verstärkerstufe in einem üblichen Überlagerungsempfänger benutzt, durch die alle Tonkomponenten im wesentlichen ohne Verzerrung hindurchgingen.

Die Geräte und Schaltungen der Erfindung sind daher nützliche Teile, die als Signalübertragungsstufen zur Übertragung von Tonsignalen und Signalen bis zu mehreren hundert Kilohertz benutzt werden können. Diese Geräte weisen viele brauchbare Eigenschaften, z. B. einen elektrischen Verstärkungsgrad, eine große Bandbreite, eine fast vollkommene Abwesenheit von Verzerrungen, eine elektrische Isolation zwischen Ein- und Ausgangskreis, einen geringen Energieverbrauch, eine geringe Größe, eine große Dauerhaftigkeit und eine hohe Festigkeit im Vergleich zu vielen anderen elektronischen Signal Übertragungsgeräten und -schaltungen auf.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Übertragung eines Signals unter Verstärkung mit Hilfe eines Photoelements, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Bestrahlung mit kurzwelliger Strahlung zum Leuchten mit langwelliger Strahlung erregbarer Körper, vorzugsweise ein Leuchtstoff z. B. aus der Zink-Kadmium-Sulfid-Selenid-Familie, der z. B. mit Silber, Kupfer, Gold, Arsen oder Phosphor und mit einem Halogen oder einem Element der III B-Gruppe des Periodischen Systems aktiviert ist, vorgesehen ist, der optisch mit einem ausschließlich von der langwelligen Strahlung des Körpers beaufschlagten, photoempfindlichen Körper, etwa einem Photoelement gekoppelt ist, wobei der zuerst genannte Körper hinsichtlich der Emission von einem ihn durchsetzenden elektrischen Feld abhängig ist, welches mit Signalen moduliert wird, und daß an dem photoempfindlichen Körper entsprechend der Signalmodulation verstärkt das gleiche Signal in elektrischen Größen abgenommen werden kann.

2. Signalübertragungsgerät nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoempfindliche Körper als photoleitender Körper seine elektrische Impedanz ändert, wenn er Strahlung von dem Leuchtstoffkörper empfängt.

3. Signalübertragungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die aktiven Körper als Schichten vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß je eine lichtdurchlässige, leitende Elektrode mit den beiden einander gegenüberliegenden großen Flächen der durch Strahlung zum Leuchten zu bringenden Schicht in Berührung steht und daß zwei weitere Elektroden mit unterschiedlichen Flächenteilen der photoleitenden Schicht in Kontakt stehen.

4. Signalübertragungsgerät nach Anspruch 3, dadadurch gekennzeichnet, daß ein Filter nur Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge als der Absorptionskante des in der Leuchtstoffschicht vorhandenen Stoffes hindurchgehen läßt, die neben der einen lichtdurchlässigen, leitenden Elektrode liegt, und daß ein anderes Filter nur Strahlung mit einer längeren Wellenlänge als der Absorptionskante des in der Leuchtstoffschicht vorhandenen Stoffes hindurchgehen läßt, die neben der anderen lichtdurchlässigen, leitenden Elektrode und zwischen der durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffschicht und der photoleitenden Schicht liegt.

5. Signalübertragungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle mit einem Emissionsspektrum, von dem wenigstens ein Teil eine kürzere Wellenlänge als die Absorptionskante des in dem Leuchtstoffkörper vorhandenen Stoffes aufweist, relativ zu dem Gerät derart untergebracht ist, daß ihre emittierte Strah-

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lung auf den durch Strahlung anzuregenden Leuchtstoffkörper fällt.

6. Signalübertragungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wechselspannungssignale zwischen den beiden lichtdurchlässigen, leitenden Elektroden angelegt werden können und

daß eine Belastung mit den anderen beiden Elektroden in Reihe liegt.

7.Signalübertragungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsquelle in Serie mit der Belastung und den beiden anderen Elektroden liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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