DE1170071B

DE1170071B - Reflector arrangement for optical transmitters or amplifiers working with selective fluorescence

Info

Publication number: DE1170071B
Application number: DER34438A
Authority: DE
Inventors: Hermann Statz; Danilo Missio; Colin Bowness; Clarence F Luck Jun
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1962-05-11
Filing date: 1963-02-12
Publication date: 1964-05-14
Also published as: SE316850B; NL290614A; GB966455A; BE631627A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: H 05 bBoarding school Class: H 05 b

Deutsche Kl.: 2If-90German class: 2If-90

Nummer: 1 170 071Number: 1 170 071

Aktenzeichen: R 34438 VIIIc /21 fFile number: R 34438 VIIIc / 21 f

Anmeldetag: 12. Februar 1963 Filing date: February 12, 1963

Auslegetag: 14. Mai 1964Opening day: May 14, 1964

Die Erfindung betrifft mit selektiver Fluoreszenz arbeitende Sender oder Verstärker mit Reflektoranordnungen. Mit selektiver Fluoreszenz arbeitende Sender nach der Erfindung sind insbesondere zur Erzielung hoher Ausgangsintensitäten geeignet. sThe invention relates to transmitters or amplifiers which operate with selective fluorescence and which have reflector arrangements. Working with selective fluorescence transmitters according to the invention are in particular for Achieving high output intensities suitable. s

Bekannte, mit selektiver Fluoreszenz arbeitende optische Sender dieser Art verwenden eine Anregungsstrahlung im Bereich des sichtbaren Spektrums, im Ultraviolett oder im Infrarot. Dabei dient ein Spiegel zur Reflexion der von einem Strahler ausgehenden Anregungsstrahlung auf das selektiv fiuoreszente Medium zur Erzeugung der kohärenten Strahlung. Bekannte Strahlenquellen benutzen als Medium beispielsweise einen Stab aus natürlichem oder künstlichem Korund, welchem Chromatome beigemischt sind. Dieses Medium ist in einem von einer elektrischen Blitzentladungslampenanordnung umschlossenen Zentralbereich angeordnet. Zum Betrieb einer derartigen Strahlenquelle sind erhebliche Einzeleingangsleistungen erforderlich. Die zur Erzeugung eines Anregungsblitzes bei Raumtemperatur erforderliche Energie beträgt beispielsweise 2000 Joule bis 3000 Joule. Zur Erzeugung derartiger Eingangsenergien werden sehr große, einen erheblichen Raum einnehmende und teuere Leistungsquellen benötigt.Known optical transmitters of this type that operate with selective fluorescence use excitation radiation in the range of the visible spectrum, in the ultraviolet or in the infrared. It serves a mirror for reflecting the excitation radiation emanating from a radiator onto the selectively fluorescent Medium for generating the coherent radiation. Known sources of radiation use as a medium For example, a rod made of natural or artificial corundum, to which chromium atoms are added are. This medium is enclosed in an electric flash discharge lamp arrangement Central area arranged. Considerable individual input powers are required to operate such a radiation source necessary. The one required to generate an excitation flash at room temperature Energy is, for example, 2000 joules to 3000 joules. To generate such input energies very large, space-consuming and expensive power sources are required.

Der Wirkungsgrad bekannter Strahlenquellen ist insbesondere deshalb meist gering, weil ein Großteil der von der Blitzentladungslampe ausgesandten Energie nicht das Medium direkt erreicht, sondern in der Blitzentladungslampe durch Reabsorption oder im Laufe vielfacher Reflexion verlorengeht.The efficiency of known radiation sources is mostly low because a large part of the energy emitted by the flash discharge lamp does not reach the medium directly, but in the Lightning discharge lamp is lost through reabsorption or in the course of multiple reflection.

Die Erfindung bezweckt insbesondere die Verbesserung des Wirkungsgrades und die Erhöhung der Intensität von durch elektromagnetische Anregungsstrahlung angeregten Strahlenquellen für kohärente elektromagnetische Strahlung auf dem Wege der selektiven Fluoreszenz und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anregungslichtquelle ein elliptischer Spiegel derart zugeordnet ist, daß das selektiv fluoreszente Medium im gemeinsamen Brennpunkt bzw. in der gemeinsamen Brennlinie aller symmetrisch darum herum angeordneten Ellipsoidspiegel bzw. elliptischen Zylinderspiegel angeordnet ist.The invention aims in particular to improve the efficiency and to increase the intensity from radiation sources excited by electromagnetic excitation radiation for coherent electromagnetic radiation Radiation by way of selective fluorescence and is characterized by that each excitation light source is assigned an elliptical mirror in such a way that the selectively fluorescent Medium in the common focal point or in the common focal line of all symmetrically around it arranged around ellipsoidal mirror or elliptical cylinder mirror is arranged.

Wenn man gemäß der Erfindung die Anregungsstrahler jeweils innerhalb von Reflexionshohlräumen in symmetrischer Verteilung um das selektiv fluoreszente Medium herum anordnet, erhält man bei gleicher Eingangsleistung eine erhebliche Vergrößerung der in das Medium eintretenden Energie. Die Blitzfolgefrequenz des Mediums läßt sich so stark erhöhen, daß man einen quasi-kontinuierlichen Betrieb erzielt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-Reflektoranordnung für mit selektiver
Fluoreszenz arbeitende optische Sender
oder VerstärkerIf, according to the invention, the excitation radiators are each arranged within reflection cavities in a symmetrical distribution around the selectively fluorescent medium, a considerable increase in the energy entering the medium is obtained with the same input power. The flash repetition frequency of the medium can be increased so much that a quasi-continuous operation is achieved. In a preferred embodiment of the invention reflector arrangement for more selective
Optical transmitters operating fluorescence
or amplifier

Anmelder:Applicant:

Raytheon Company, Lexington, Mass. (V. St. A.)Raytheon Company, Lexington, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14Dipl.-Ing. R. Holzer, patent attorney,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Hermann Statz, Wayland, Mass.,Hermann Statz, Wayland, Mass.,

Danilo Missio, Arlington, Mass.,Danilo Missio, Arlington, Mass.,

Colin Bowness, Weston, Mass.,Colin Bowness, Weston, Mass.,

Clarence F. Luck jun., Waltham, Mass. (V. St. A.)Clarence F. Luck Jr., Waltham, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 11. Mai 1962 (194 072) - -V. St. v. America May 11, 1962 (194 072) - -

dung ordnet man die verschiedenen Anregungsstrahler jeweils innerhalb elliptischer Zylinder an. Die verschiedenen elliptischen Zylinder sind derart rosettenartig angeordnet, daß jeweils eine Brennlinie der Zylinder mit der Symmetrieachse des Systems zusammenfällt, in welcher das selektiv fluoreszente Medium angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird nahezu die gesamte Anregungsstrahlung auf das Medium fokussiert. Die einzelnen Anregungsstrahler können jeweils nacheinander ihrerseits angeregt werden, so daß man eine höhere effektive Ausgangsblitzfolgefrequenz und damit einen mehr oder weniger stetigen Betrieb erzielt.The various excitation emitters are arranged within elliptical cylinders. The different elliptical cylinders are arranged like a rosette in such a way that each has a focal line of the Cylinder coincides with the symmetry axis of the system, in which the selectively fluorescent medium is arranged. With this arrangement almost all of the excitation radiation is focused on the medium. The individual excitation radiators can in turn be excited one after the other, so that one has a higher effective output flash repetition frequency and thus achieved a more or less steady operation.

Eine Strahlenquelle nach der Erfindung weist weiterhin im wesentlichen Kreissymmetrie auf und besteht aus mehreren miteinander verbundenen Strahlungshohlräumen. Das selektiv fluoreszente Medium befindet sich in der Symmetrieachse der Anordnung, welche jeweils mit einer Brennlinie der einzelnen Strahlungshohlräume zusammenfällt, so daß also die in den Strahlungshohhräumen erzeugte Anregungsstrahlung auf die längs der Symmetrieachse verlaufende Brennlinie fokussiert wird. Insbesondere, wenn man linienförmige Anregungsstrahler und Medien verwendet, gibt man den verschiedenen Strahlungshohlräumen jeweils die Form eines abgeschnittenen elliptischen Zylinders. Wenn man punktförmige An-A radiation source according to the invention also has essentially circular symmetry and consists of several interconnected radiation cavities. The selectively fluorescent medium is located in the symmetry axis of the arrangement, each with a focal line of the individual Radiation cavities coincide, so that the excitation radiation generated in the radiation cavities is directed to the radiation that runs along the axis of symmetry Focal line is focused. Especially if you have linear excitation emitters and media is used, the various radiation cavities are each given the shape of a truncated one elliptical cylinder. If you have point-like

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regungsstrahler und Medien verwenden will, sieht man Strahlungshohlräume in Form von abgeschnittenen Rotationsellipsoiden vor, bei welchen die Anregungsstrahler jeweils in einem Brennpunkt eines jeden Strahlungshohlraumes und das Medium in dem Symmetriezentrum der Anordnung, mit welchem der jeweils andere Brennpunkt jedes Strahlungshohlraumes zusammenfällt, angeordnet sind. Bei Verwendung derartiger elliptischer Strahlungshohlräume wird nahevorsehen. Die Frequenz der Ausstrahlung kann in Abhängigkeit von dem sonstigen Aufbau der Strahlenquelle innerhalb eines beliebigen Bereiches des elektromagnetischen Spektrums zwischen dem Röntgengebiet und dem Mikrowellenbereich liegen.If you want to use radiation emitters and media, you can see radiation cavities in the form of cut off Ellipsoids of revolution, in which the excitation radiators are each in a focal point of a each radiation cavity and the medium in the center of symmetry of the arrangement with which the each other focal point of each radiation cavity coincides, are arranged. Using such elliptical radiant cavities will be envisaged. The frequency of the broadcast can be in Dependence on the rest of the structure of the radiation source within any range of the electromagnetic Spectrum lie between the X-ray region and the microwave region.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit linienförmigen Strahlern besteht nach den F i g. 1 und 2 der Zeichnung das Gehäuse 10 aus zwei aneinandergesetzten, abgeschnittenen elliptischenIn a preferred embodiment of the invention with linear radiators there is after the F i g. 1 and 2 of the drawing, the housing 10 consists of two cut-off elliptical ones placed next to one another

zu die gesamte Intensität jedes Anregungsstrahlers io Zylindern. Dabei fällt jeweils eine Brennlinie eines auf das selektiv fluoreszente Medium fokussiert, mit jeden elliptischen Zylinders 12 bzw. 13 mit der Sym-Ausnahme des sehr kleinen Anteils, welcher innerhalb metrieachse 11 der Anordnung zusammen. In jedem des Schattenbereiches des Anregungsstrahlers auf die Zylinder 12 bzw. 13 ist jeweils ein linienförmiger AnWände des Strahlungshohlraumes fällt. Der in diesem regungsstrahler 14 bzw. 15 untergebracht. Längs der Schattenbereich reflektierte Strahlungsanteil fällt auf 15 Symmetrieachse 11 ist ein linienförmiges selektiv den Anregungsstrahler, beispielsweise eine Hoch- fluoreszentes Medium 16 zur Erzeugung kohärenter leistungslampe, zurück und wird dort reabsorbiert. elektromagnetischer Strahlung ausgerichtet. Das selek-Zweckmäßigerweise schaltet man die verschiedenen tiv fluoreszente Medium 16 liegt somit genau symme-Anregungsstrahler jeweils nacheinander ein, so daß irisch in bezug auf die Anregungsstrahler 15 und 14. man eine im wesentlichen stetige Anregung des selek- 20 Diese Strahlenquelle nach der Erfindung untertiv fluoreszenten Mediums und somit eine quasi-kon- scheidet sich von bekannten Anordnungen vor allem tinuierliche Ausgangsstrahlung erhält. dadurch, daß mehrere Anregungsstrahler vorgesehento the total intensity of each excitation emitter io cylinders. One focal line falls in each case focused on the selectively fluorescent medium, with each elliptical cylinder 12 and 13 with the exception of Sym the very small portion that is within the metric axis 11 of the arrangement. In each of the shadow area of the excitation radiator on the cylinders 12 and 13 is a line-shaped wall of the radiation cavity falls. The housed in this excitation emitter 14 and 15, respectively. Along the Part of the radiation reflected in the shadow area falls on 15 axis of symmetry 11 is a linear selective the excitation emitter, for example a highly fluorescent medium 16 for generating coherent power lamp, back and is reabsorbed there. aligned with electromagnetic radiation. The selek-expedient If you switch the different tiv fluorescent medium 16 is thus exactly symmetrical excitation radiators one after the other, so that Irish with respect to the excitation radiators 15 and 14. an essentially constant excitation of the selec- 20 This radiation source according to the invention under sub fluorescent medium and thus a quasi-con differs from known arrangements above all receives continuous output radiation. in that several excitation radiators are provided

Die Erfindung bringt also eine erhebliche Lei- sind.The invention therefore brings a considerable disadvantage.

stungsverbesserung von Strahlenquellen für kohärente Das Gehäuse 10 kann aus irgendeinem geeignetenStungsverbesserung of radiation sources for coherent The housing 10 can be of any suitable

elektromagnetische Strahlung, bei welchen nahezu 25 Material, wie beispielsweise Messing, Stahl oder AIudie gesamte Anregungsintensität zur Erzeugung der minium, gefertigt sein und ist mit Endplatten 17 und kohärenten Strahlung zur Verfugung steht. Man kann 18 abgeschlossen, so daß ein vollständig geschlossener eine Strahlenquelle nach der Erfindung als optischen Innenraum gebildet wird. Die Innenflächen der Ge-Sender (Oszillator) benutzen, wenn man die An- häusewände und der Endplatten weisen vorzugsweise regungsstrahler jeweils nacheinander anregt. Eine 30 sämtlich ein hohes Reflexionsvermögen auf. Diese Strahlenquelle nach der Erfindung hat nur ein gerin- Wände sind beispielsweise poliert oder mit einer ges Gewicht und einen sehr einfachen, raumsparen- Reflexionsschicht überzogen. Man kann auch beide den und selbsttragenden Aufbau. Oberflächenbehandlungen kombinieren. Auf Grundelectromagnetic radiation in which almost 25 material, such as brass, steel or aluminum total excitation intensity to generate the minium, be manufactured and is with end plates 17 and coherent radiation is available. One can complete 18, making a completely closed one a radiation source according to the invention is formed as an optical interior. The inner surfaces of the Ge transmitter Use (oscillator) when facing the housing walls and the end plates preferably excitation emitters one after the other. A 30 all have high reflectivity. These Radiation source according to the invention has only a small walls are, for example, polished or with a total weight and a very simple, space-saving reflective layer. You can do both the and self-supporting structure. Combine surface treatments. Because of

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der der Erfahrungen erweist sich eine Reflexionsschicht folgenden beispielsweisen Beschreibung einiger be- 35 aus Silber, Aluminium oder einem anderen geeigneten vorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeich- Material, welche auf die Innenwände aufgebracht istDetails of the invention emerge from experience with a reflective layer The following description of some examples made of silver, aluminum or another suitable preferred embodiments on the basis of the drawing material, which is applied to the inner walls

und auf Hochglanz poliert wird, als eine befriedigende Lösung. Als Anregungsstrahler 14 und 15 verwendet man eine Xenon-Blitzlichtentladungslampe, beispielsweise die Type FX-45, der Firma Edgerton, Germeshausen and Grier, Inc. Die Anregungsstrahler sind in einer geeigneten Weise längs der jeweils zweiten Brennlinie eines jeden Zylinders 12 und 13 befestigt und im wesentlichen parallel zu der gemeinsamen Symmetrieachse und Brennlinie 11 ausgerichtet. Selbstverständlich kann man als Anregungsstrahlerand polished to a mirror finish as a satisfactory solution. Used as excitation radiators 14 and 15 a xenon flashlight discharge lamp, for example the type FX-45, from Edgerton, Germeshausen and Grier, Inc. The excitation emitters are suitably positioned along each second Focal line of each cylinder 12 and 13 fixed and substantially parallel to the common Axis of symmetry and focal line 11 aligned. Of course you can use it as an excitation radiator

nung. Es stellt dartion. It shows

Fig. 1 einen Schnitt längs der Schnittlinie 1-1 in F i g. 2 eines optischen Verstärkers für selektive Fluoreszenz nach der Erfindung,1 shows a section along the section line 1-1 in FIG. 2 of an optical amplifier for selective Fluorescence according to the invention,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 undF i g. 2 shows a cross section along the line 2-2 in FIGS. 1 and

F i g. 3 bis 5 schematische Querschnitte durch eine weitere Ellipsoid-Spiegelkombination nach der Erfindung. F i g. 3 to 5 schematic cross sections through a further ellipsoid mirror combination according to the invention.

Wenn die Ausgangsfrequenz einer kohärenten Srahlenquelle im sichtbaren Spektrum oder in benachbarten Spektralbereichen liegt, wünscht man einen möglichst guten Wirkungsgrad der Umwandlung der Anregungsstrahlung in kohärente Ausgangsstrahlung, da die für das genannte Spektralgebiet in Frage kommenden Anregungsstrahler nur mit begrenzter Ausgangsleistung zur Verfügung stehen. EineWhen the output frequency of a coherent source of radiation in the visible spectrum or in neighboring ones Spectral ranges, you want the best possible conversion efficiency of the excitation radiation into coherent output radiation, since the for the specified spectral region in Question coming excitation radiators are only available with limited output power. One

jede bekannte Blitzlichtentladungslampe vorsehen. Als weitere Anregungsstrahler kommen beispielsweise Wolfram- oder Quecksilberlampen in Betracht.provide any known flashlight discharge lamp. For example, there are other excitation emitters Tungsten or mercury lamps into consideration.

Die Blitzlichtentladungslampen 14 und 15 sind an geeignete, nicht dargestellte Schaltkreise zur Zuführung der Eingangsleistung angeschlossen, wobei die Blitzlichtentladungslampen jeweils entweder gleichzeitig oder abwechselnd gezündet werden können.The flashlight discharge lamps 14 and 15 are connected to suitable circuits, not shown, for supply connected to the input power, the flashlight discharge lamps each either at the same time or can be ignited alternately.

Strahlenquelle nach der Erfindung bringt insbesondereRadiation source according to the invention brings in particular

dann eine erhebliche Verbesserung des Wirkungs- 55 Die Strahlung eines jeden Blitzes verteilt sich über grades mit sich, wenn Anregungsstrahler benutzt wer- ein breitbandiges Spektrum, was an sich bekannt ist. den, deren Anregungsstrahlung im sichtbaren Spek- Um jede Blitzlichtentladungslampe 14 bzw. 15 ist trum oder in benachbarten Spektralbereichen liegt. eine schraubenförmige Zündelektrode 19 bzw. 20then a considerable improvement in effectiveness. 55 The radiation from each lightning bolt is distributed over if excitation radiators are used, a broadband spectrum is involved, which is known per se. the whose excitation radiation is in the visible spectrum center or in adjacent spectral ranges. a helical ignition electrode 19 or 20

Die Eingangsenergie derartiger Strahlenquellen ist herumgewickelt, an welche in an sich bekannter nahezu über den gesamten Bereich des elektromagne- 60 Weise die Zündimpulse für die jeweilige Entladungstischen Spektrums verteilt. Derartige Strahlenquellen lampe angelegt werden, sind normalerweise in einem geschlossenen Gefäß
angeordnet, in welchem blitzartige Impulse kohärenter Ausgangsstrahlung erzeugt werden. Das be-The input energy of such radiation sources is wrapped around, to which the ignition pulses for the respective discharge table spectrum are distributed in a manner known per se almost over the entire range of the electromagnetic manner. Such radiation sources lamp are usually placed in a closed vessel
arranged, in which lightning-like pulses of coherent output radiation are generated. The

Das selektiv fluoreszente Medium 16 besteht beispielsweise aus einem Rubinstab mit einem Durchmesser von etwa 9 mm und einer Länge von etwaThe selectively fluorescent medium 16 consists, for example, of a ruby rod with a diameter of about 9 mm and a length of about

treffende Medium zur Erzeugung kohärenter Strah- 65 175 mm, dessen Endfläche 16 α ein Reflexionsver-hitting medium for generating coherent beam 65 175 mm, the end surface 16 α of which is a reflection

lung kann im festen, flüssigen oder gasförmigen mögen von etwa 90% und dessen gegenüberliegende Aggregatzustand vorliegen. Man kann auch die verschiedensten Mischformen und SonderanordnungenDevelopment can be in solid, liquid or gaseous like from about 90% and its opposite Physical state are present. You can also use a wide variety of mixed forms and special arrangements

Endfläche ein Reflexionsvermögen von nahezu 100 % aufweist. Man kann selbstverständlich auch jedesEnd face has a reflectivity of nearly 100%. Of course you can do anything

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andere geeignete selektiv fluoreszente Medium zur die Wände des betreifenden Strahlungshohlraumes Erzeugung der gewünschten Ausgangsstrahlung vor- auf und wird von denselben auf die gemeinsame sehen. Erforderlichenfalls kann das selektiv fluores- Brennlinie 11 hin fokussiert. Da die Anregungsstrahler zente Medium auch eine andere geometrische Form eine endliche Ausdehnung haben, kann die Anaufweisen. Die angegebenen Durchmesser- und Lan- 5 regungsstrahlung zwischen den Zylinderwänden mehrgenwerte des Mediums hängen selbstverständlich von mais hin und her reflektiert werden. Auch die Endder Größe und Geometrie der gesamten Strahlenquelle platten 17 und 18 weisen ein hohes Reflexionsvermöab. Das Medium 16 kann so lang sein, daß man eine gen auf, wodurch die Beleuchtungsstärke am selektiv Verstärkung durch Resonanz erhält oder auch mit fluoreszenten Medium weiterhin erhöht wird.
Fremdanregung auskommt. Als selektiv fluoreszenter io Der trichterförmige Ansatz 22 ist von einer Kam-Kristall kann beispielsweise Calciumfluorid mit einem _mer 23 umgeben, durch deren Austauschleitungen 24 Anteil von 0,05 °/o Uran oder 0,05 % Samarium vor- und 25 ein geeignetes Kühlmittel, wie beispielsweise gesehen werden. Weiterhin kommen als selektiv fluo- flüssiger Stickstoff, strömt und das trichterförmige reszente Kristalle in Betracht: Calciumfluorid mit Ansatzstück kühlt. Diese Kühlung des trichterförmieinem Urananteil, Calciumwolframat mit einem An- 15 gen Ansatzes, welcher mit dem Endstück 16 a des teil von etwa 0,1% Neodym oder mit entsprechenden Mediums 16 in inniger Berührung ist, ermöglicht eine Anteilen von Praseodym, Thulium oder Holmium, wirksame Wärmeableitung aus dem selektiv fluores- oder Strontiummolybdat mit einem Neodymanteil. zenten Medium. Erforderlichenfalls kann eine der-Derartige Rubin- oder andere Kristallstäbe sind mit artige Kühleranordnung auch für das gegenübereinem geeigneten Material überzogen, welches als 20 liegende Endstück des Mediums vorgesehen sein. Zur Filter wirkt, so daß in das Innere des Stabes jeweils Kühlung kann man das Medium auch mit einem nur eine im wesentlichen monochromatische An- durchsichtigen Rohr umgeben, durch welches ein regungsstrahlung eintreten kann. Derartige Überzüge Kühlmittel, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, können auch aus anderen Gründen vorgesehen sein, Sauerstoff oder flüssiges Helium, strömt,
beispielsweise zur Wärmeableitung. Man kann hierfür 25 Es hat sich weiterhin als außerordentlich vorteilbeispielsweise auch einen Saphirüberzug vorsehen. haft erwiesen, innerhalb des Gehäuses 10 einen ge-other suitable selectively fluorescent medium for generating the desired output radiation on the walls of the respective radiation cavity and will see from them on the common. If necessary, the selective fluorescent focal line 11 can be focused. Since the excitation radiator center medium also have a different geometrical shape and a finite extent, the can exhibit. The specified diameter and latency radiation between the cylinder walls, multiple values of the medium depend of course on the corn being reflected back and forth. The end size and geometry of the entire radiation source plates 17 and 18 are also highly reflective. The medium 16 can be so long that one has a gene, whereby the illuminance is selectively amplified by resonance or is further increased with fluorescent medium.
External excitation gets by. As a selectively fluorescent io The funnel-shaped attachment 22 is surrounded by a Kam crystal, for example, calcium fluoride with a _mer 23, through whose exchange lines 24 a proportion of 0.05% uranium or 0.05% samarium is present and 25 a suitable coolant, such as can be seen, for example. In addition, the following can be used as selective fluo- liquid nitrogen, flows and the funnel-shaped rescent crystals: calcium fluoride with attachment cools. This cooling of the funnel-shaped uranium component, calcium tungstate with a 15 gene approach, which is in intimate contact with the end piece 16 a of the part of about 0.1% neodymium or with the corresponding medium 16, enables a proportion of praseodymium, thulium or holmium, effective heat dissipation from the selectively fluorescent or strontium molybdate with a neodymium component. center medium. If necessary, one of the ruby or other crystal rods of this type are coated with a type of cooler arrangement also for the material opposite a suitable material, which can be provided as the end piece of the medium lying on its side. The filter acts so that cooling in the interior of the rod can also surround the medium with an essentially monochromatic transparent tube through which excitation radiation can enter. Such coatings of coolant, such as liquid nitrogen, can also be provided for other reasons, oxygen or liquid helium flows,
for example for heat dissipation. For this purpose, a sapphire coating, for example, has also proven to be extremely advantageous. proved to be within the housing 10 a

Vorzugsweise verwendet man selektiv fluoreszente ringen Gasdruck herzustellen. Dieser Gasdruck wird Medien mit einer festen, kristallinen Struktur. Es hat mittels Leitungen 26 erzeugt, welche kleine, in das sich jedoch gezeigt, daß man auch ungerichtete, Gehäuseinnere gehende Öffnungen 27 aufweisen, amorphe Stoffe oder unterkühlte Flüssigkeiten, wie 30 Durch diese Öffnungen kann ein Gasstrom, beispielsbeispielsweise Glas mit geeigneten Verunreinigungen, weise Stickstoff, ausströmen. Das betreffende Gas als selektiv fluoreszente Medien verwenden kann. Das kann über Eingangsleitungen 28 unter Druck zuselektiv fluoreszente Medium 16 kann bei einer der- geführt und über Leitungen 29 abgeführt werden, artigen Ausführungsform auch in einem durchsichti- Diese Gasströmung erzeugt erstens einen geringen gen Rohr enthalten, sein als ein Gas »negativer« Tem- 35 Überdruck im Inneren des Gehäuses und dient zweiperatur, wie beispielsweise Tetrachlor-Semichinon, tens zum Schutz der Reflexionsschichten auf den Caesiumdampf oder ein Helium-Neon-Gemisch. Man inneren Gehäusewänden. Schließlich dient dieser kann Gasgemische mit entsprechenden Partialdrücken Gasstrom auch zur Kühlung der Blitzentladungsund auch geeignete flüssige selektiv fluoreszente lampen 14 und 15.
Medien vorsehen. 40 Die von dem selektiv fluoreszenten Medium 16Preferably, one uses selectively fluorescent rings to produce gas pressure. This gas pressure becomes media with a solid, crystalline structure. It has produced by means of lines 26, which are small, but in which it has been shown that there are also non-directional openings 27 extending inside the housing, amorphous substances or supercooled liquids, such as 30 A gas flow, for example glass with suitable impurities, such as nitrogen, can pass through these openings to flow out. Can use the gas in question as selectively fluorescent media. The fluorescent medium 16 can be conducted via inlet lines 28 under pressure, in one of these, and discharged via lines 29, also in a transparent embodiment. 35 overpressure inside the housing and is used at two temperatures, such as tetrachloro-semiquinone, at least to protect the reflective layers from the cesium vapor or a helium-neon mixture. Man inner case walls. Finally, gas mixtures with corresponding partial pressures of the gas flow can also be used to cool the lightning discharge and also suitable liquid, selective fluorescent lamps 14 and 15.
Provide media. 40 The from the selectively fluorescent medium 16

Das selektiv fluoreszente Medium 16 ist längs der aufgenommene Energie ist unmittelbar proportional Symmetrieachse 11 der Strahlenquelle, welche jeweils der Zahl der in dem Gehäuse angeordneten Anremit der inneren Brennlinie eines jeden elliptischen gungsstrahler. Der mit der Erfindung erzielte wesent-Zylinders zusammenfällt, ausgerichtet. Die Enden des liehe Fortschritt ist darin zu sehen, daß der größte selektiv fluoreszenten Mediums sind in den End- 45 Teil der Anregungsstrahlung von mehreren Blitzplatten 17 und 18 gehalten. Das Endstück 16 α ragt lichtentladungslampen auf das Medium 16 fokussiert durch die Endplatte 17 hindurch und endigt in einem wird.The selectively fluorescent medium 16 is along the absorbed energy is directly proportional to the axis of symmetry 11 of the radiation source, which in each case corresponds to the number of arrays arranged in the housing with the inner focal line of each elliptical radiation emitter. The essential cylinder achieved with the invention coincides, aligned. The ends of this progress can be seen in the fact that the largest selectively fluorescent medium is held in the end 45 part of the excitation radiation from several flash plates 17 and 18. The end piece 16 α protrudes light discharge lamps focused on the medium 16 through the end plate 17 and ends in one.

trichterförmigen Ansatz 22, welcher eine Weiterlei- Man erhält die günstigste Ausbeute, wenn man tung der kohärenten Ausgangsstrahlung ermöglicht. den Durchmesser des Mediums etwa doppelt so groß Die Verwendung eines derartigen trichterförmigen 50 wie den Durchmesser der verwendeten Blitzlicht-Ansatzes ist nicht unbedingt erforderlich. Man kann entladungslampen wählt. Wenn die Blitzlichtentla-. das selektiv fluoreszente Medium 16 auch ohne ein dungslampen längs der Schnittlinie 1-1 in F i g. 2 derartiges Ansatzstück endigen lassen. Ein derartiger verschiebbar sind, kann man den Wirkungsgrad der trichterförmiger Ansatz erweist sich jedoch zum Strahlenquelle jeweils auf den optimalen Wert einSchutz des Endstückes 16 a gegen mögliche Beschädi- 55 regeln und die Anordnung jederzeit nachjustieren, gungen als sehr vorteilhaft. Die Enden des Mediums Diese Möglichkeit der Justierung ist insofern von 16 können beispielsweise gewölbt ausgebildet sein Vorteil, als sowohl die Blitzlichtentladungslampen und mit einer Reflexionsschicht überzogen sein, wo- als auch das Medium keine exakte linienförmige Gedurch die Innenreflexionen erhöht werden. Dadurch stalt haben, sondern eine endliche Ausdehnung aufkann die Intensität der Ausgangsstrahlung noch mehr 60 weisen, wodurch sich Abweichungen von den exakten vergrößert werden. Gesetzen der geometrischen Optik in den elliptischenfunnel-shaped approach 22, which is a transfer. The best yield is obtained if one tion of the coherent output radiation allows. the diameter of the medium about twice as large The use of such a funnel-shaped 50 as the diameter of the flash light attachment used is not absolutely necessary. One can choose discharge lamps. When the flash discharge. the selectively fluorescent medium 16, even without a training lamp, along the section line 1-1 in FIG. 2 let such extension end. Such a slidable, one can increase the efficiency of the funnel-shaped approach proves to be a protection to the radiation source in each case to the optimal value of the end piece 16 a against possible damage and readjust the arrangement at any time, proved to be very beneficial. The ends of the medium This possibility of adjustment is insofar of 16 can, for example, have a curved design, which is advantageous than both the flashlight discharge lamps and be covered with a reflective layer, neither where nor the medium is an exact line-shaped passage the internal reflections are increased. As a result, it can have stalt, but can extend to a finite extent the intensity of the output radiation even more 60, as a result of which there are deviations from the exact be enlarged. Laws of geometric optics in elliptical ones

Nach der Erfindung können die Blitzlichtentla- Strahlungsräumen ergeben. Durch die Justierung der dungslampen 14 und 15 entweder jeweils gleichzeitig Blitzlichtentladungslampen in bezug auf die jewei- oder jeweils abwechselnd gezündet werden. Die An- lige Brennlinie ergibt sich die Möglichkeit, die Ausregungsstrahlung tritt aus den Blitzlichtentladungs- 65 beute der Strahlungsquelle jeweils optimal zu regem, lampen nach allen Richtungen hin aus. Ein geringer Jedoch auch ohne diese Justierung der Blitzlicht-Anteil dieser Anregungsstrahlung trifft unmittelbar entladungslampe weist eine Strahlungsquelle nach das Medium 16. Der größte Anteil trifft jedoch auf der Erfindung mit mehreren elliptischen Strahlungs-According to the invention, the flashlight discharge can result in radiation spaces. By adjusting the application lamps 14 and 15 either simultaneously flash discharge lamps with respect to the respective or be ignited alternately. The angular focal line results in the possibility of the excitation radiation comes out of the flashlight discharge boot of the radiation source to be optimally active, light out in all directions. A small amount, however, of the flash light component even without this adjustment This excitation radiation hits the discharge lamp directly. A radiation source detects this the medium 16. However, the largest share occurs on the invention with several elliptical radiation

hohlräumen einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als eine Strahlungsquelle nach dem bekannten Stand der Technik mit nur einer Blitzlichtentladungslampe für das Medium und einem Reflexionsraum auf.cavities have a much better efficiency than a radiation source according to the known prior technology with only one flashlight discharge lamp for the medium and one reflection space.

Fig. 3 zeigt die schematische Anordnung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher innerhalb des Gehäuses 10 drei Reflexionshohlräume 30, 31 und 32 angeordnet sind. Jeder Strahlungshohlraum hat einen Querschnitt in Form einer abgeschnittenen Ellipse, wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Selbstverständlich können auch die Strahlungshohlräume nach F i g. 3 entweder als elliptische Zylinder oder als Rotationsellipsoide ausgebildet sein. Wenn man zylindrische Strahlungshohlräume vorsieht, ist jeweils ein Anregungsstrahler 33, 34 und 35 in jeweils einer Brennlinie eines Zylinders 30, 31 und 32 angeordnet. In der Symmetrieachse der Strahlenquelle, mit welcher die jeweils andere Brennlinie eines jeden Strahlungshohlraumes zusammenfällt, ist das selektiv fluoreszente Medium 36 ausgerichtet. Als Anregungsstrahler 33, 34 und 35 kann man selbstverständlich jede geeignete Blitzlichtentladungslampe verwenden, während das selektiv fluoreszente Medium 36 beispielsweise aus einem Rubinstab oder irgendeinem anderen der genannten Medien bestehen kann. Die Anregungsstrahlung der Strahler 33, 34 und 35 wird infolge der Geometrie der Strahlenquelle auf das Medium 36 fokussiert, wie durch die angedeuteten Strahlen in F i g. 3 erläutert ist. Lediglich der in dem jeweiligen Schattenbereich 37, 38 und 39 eines jeden Anregungsstrahlers auf die Hohlraumwände fallende Strahlungsanteil wird nicht genutzt. Dieser Anteil ist jedoch im Verhältnis zu der Gesamtstrahlung sehr klein. Durch eine geeignete Wahl der Geometrie der Anordnung, insbesondere der gegenseitigen Abstände zwischen Anregungsstrahler und Medium, kann man diesen Anteil vernachlässigbar klein halten.Fig. 3 shows the schematic arrangement of a Another embodiment of the invention, according to which within the housing 10 three reflection cavities 30, 31 and 32 are arranged. Each radiation cavity has a cross-section in shape a truncated ellipse, as already explained in connection with FIGS. 1 and 2. Of course, the radiation cavities according to FIG. 3 either as an elliptical cylinder or be designed as ellipsoids of revolution. If one provides cylindrical radiation cavities, is one excitation radiator 33, 34 and 35 in each case in a focal line of a cylinder 30, 31 and 32 arranged. In the axis of symmetry of the radiation source, with which the other focal line of each radiation cavity coincides, the selectively fluorescent medium 36 is aligned. as Excitation emitters 33, 34 and 35 can of course be any suitable flashlight discharge lamp use, while the selectively fluorescent medium 36 consists of, for example, a ruby rod or any other of the media mentioned. The excitation radiation of the emitters 33, 34 and 35 is focused on the medium 36 due to the geometry of the radiation source, as indicated by the Rays in FIG. 3 is explained. Only that in the respective shadow area 37, 38 and 39 of each excitation radiator falling on the cavity walls is not used. However, this proportion is very small in relation to the total radiation. By making an appropriate choice the geometry of the arrangement, in particular the mutual distances between excitation radiators and medium, this proportion can be kept negligibly small.

Eine Anordnung nach Fig. 3 der Zeichnung erfordert eine noch kleinere Eingangswellenenergie als eine Anordnung nach den F i g. 1 und 2.An arrangement according to Fig. 3 of the drawing requires an even smaller input wave energy than an arrangement according to FIGS. 1 and 2.

Auch bei einer Strahlenquelle nach F i g. 3 kann man ein Kühlmittelsystem und eine Überdruckerzeugung mittels Druckleitungen 40, 41 und 42 vorsehen. Die Druckleitungen 40, 41 und 42 weisen ähnliche Öffnungen wie die Rohre 26 nach den F i g. 1 und 2 auf. Eine Anordnung nach F i g. 3 weist im Vergleich zu einer Anordnung nach den Fig. 1 und 2 eine nochmalige Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades auf.Even with a radiation source according to FIG. 3 can be a coolant system and a positive pressure generation provide by means of pressure lines 40, 41 and 42. The pressure lines 40, 41 and 42 are similar Openings like the tubes 26 according to FIGS. 1 and 2 on. An arrangement according to FIG. 3 points in comparison to an arrangement according to FIGS. 1 and 2, a further improvement in the overall efficiency on.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Strahlungshohlräumen mit elliptischem Querschnitt. Insgesamt sieht diese Ausführungsform vier Strahlungshohlräume 43, 44, 45 und 46 mit je einem Anregungsstrahler 47, 48, 49 und 50 und einem gemeinsamen Medium 51 vor, welches in dem Symmetriezentrum der Anordnung, mit welchem jeweils die innere Brennachse jeder der vier elliptischen Strahlungshohlräume zusammenfällt, angeordnet ist. Die Strahlungshohlräume können über Druckleitungen 52, 53, 54 und 55 in der bereits erläuterten Weise gekühlt werden. Wenn man beispielsweise einer derF i g. Figure 4 shows another embodiment of the invention with elliptical radiant cavities Cross-section. Overall, this embodiment sees four radiation cavities 43, 44, 45 and 46 each an excitation emitter 47, 48, 49 and 50 and a common medium 51, which in the Center of symmetry of the arrangement with which the inner focal axis of each of the four elliptical Radiation cavities coincides, is arranged. The radiation cavities can be via pressure lines 52, 53, 54 and 55 are cooled in the manner already explained. For example, if you are one of the

artigen Strahlungsquelle mit vier elliptischen Strahlungshohlräumen eine Eingangsenergie von 8000 Joule zuführt, erhält man als Ausgangsenergie 60 Joule, woraus sich ein Gesamtwirkungsgrad von 0,63% ergibt. Da jedoch in der Messung des Wirkungsgrades noch erhebliche Fehlerquellen stecken, dürfte der tatsächliche Gesamtwirkungsgrad noch höher liegen. Die Erfindung wurde oben im Zusammenhang mit Strahlungsquellen beschrieben, welche zwei, drei oder vier Strahlungshohlräume elliptischer Form aufweisen. Selbstverständlich kann man die Zahl der Strahlungshohlräume noch weiter erhöhen. Man kann selbstverständlich auch Strahlungshohlräume mit anderem Querschnitt vorsehen, deren Wände halbkugelförmig, parabolisch, hyperbolisch, mit kreisförmigem Querschnitt oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Man kann beispielsweise nach einer Ausführungsform der Erfindung als selektiv fluoreszentes Medium einen Stab mit einem Überzug aus einem vergleichsweise indifferenten Material, wie beispielsweise Saphir, verwenden, wodurch man den Wirkungsgrad der Umwandlung der Anregungsenergie in dem Medium weiter erhöhen kann. F i g. 5 zeigt eine derartige Ausführungsform mit vier elliptischen Strahlungshohlräumen. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit sind nur die wesentlichen Bauteile schematisch dargestellt. Vier Anregungsstrahler 60, 61, 62 und 63 sind symmetrisch in bezug auf das selektiv fluoreszente Medium 64, welches aus einem inneren Kern und einer äußeren Hülle 66 besteht, angeordnet. Der innere Kern besteht beispielsweise aus Rubin oder einem anderen der oben bereits erläuterten Medien. Die äußere Hülle 66 besteht beispielsweise aus einem Saphirüberzug, welcher den Zentralbereich des Gehäuses zwischen den abgeschnittenen Endflächen der elliptischen Strahlungshohlräume im wesentlichen vollständig ausfüllt. Der Saphirüberzug kann im einzelnen so geformt werden, daß er als optische Linse wirkt, wodurch im wesentlichen alle Anregungsstrahlung auf das im Kern befindliche selektiv fluoreszente Medium 65 aus Rubin fokussiert wird.like radiation source with four elliptical radiation cavities supplies an input energy of 8000 joules, the output energy is 60 joules, This results in an overall efficiency of 0.63%. However, there in the measurement of the efficiency There are still significant sources of error, the actual overall efficiency is likely to be even higher. The invention has been described above in connection with radiation sources which two, three or have four radiation cavities of elliptical shape. Of course you can choose the number of Increase radiation cavities even further. One can of course also use radiation cavities with other things Provide cross-section whose walls are hemispherical, parabolic, hyperbolic, with circular Cross-section or in some other suitable manner. You can, for example, after According to one embodiment of the invention, a rod with a coating is used as the selectively fluorescent medium made of a comparatively indifferent material such as sapphire, which makes the Can further increase the conversion efficiency of the excitation energy in the medium. F i g. 5 shows such an embodiment with four elliptical radiation cavities. To increase the clarity only the essential components are shown schematically. Four excitation radiators 60, 61, 62 and 63 are symmetrical with respect to the selectively fluorescent medium 64, which consists of a inner core and an outer shell 66 is arranged. The inner core consists for example from ruby or another of the media already explained above. The outer shell 66 consists for example made of a sapphire coating, which covers the central area of the case between the cut End faces of the elliptical radiation cavities substantially completely filled. Of the In particular, sapphire cladding can be shaped to act as an optical lens, thereby essentially all excitation radiation on the selectively fluorescent medium 65 made of ruby located in the core is focused.

Claims

Claim:

Reflector arrangement for optical transmitters or amplifiers working with selective fluorescence, which are fed from several, symmetrically arranged to the selectively fluorescent medium excitation light sources, characterized in that, that each excitation light source is assigned an elliptical mirror in such a way that the selectively fluorescent medium in common Focal point or in the common focal line of all symmetrically arranged around it Ellipsoidal mirror or elliptical cylinder mirror is arranged.

Considered publications:

U.S. Patent No. 2,929,922;

Physical Review, Vol. 123, No. 3, 8/1/1961, p. 771, Fig. 7;

British Communications and Electronics, April 1962, p. 288.

1 sheet of drawings