DE1174903B - Light transmitter or amplifier for as monochromatic emission as possible by means of selective fluorescence - Google Patents

Light transmitter or amplifier for as monochromatic emission as possible by means of selective fluorescence

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DE1174903B DET18186A DET0018186A DE1174903B DE 1174903 B DE1174903 B DE 1174903B DE T18186 A DET18186 A DE T18186A DE T0018186 A DET0018186 A DE T0018186A DE 1174903 B DE1174903 B DE 1174903B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: H Ol r;Boarding school Kl .: H Ol r;

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
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Registration date:
Display day:

H05bH05b

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

4. April 1960April 4, 1960

30. Juli 1964July 30, 1964

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtverstärkungsvorrichtungen, die nach ähnlichen Gesichtspunkten arbeiten, wie sie in einem Molekularverstärker oder Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) angewendet werden, und auf verschiedene Anordnungen, die derartige Vorrichtungen eingebaut enthalten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Lichtverstärkung durch angeregte Photoemission aus Ionen, Atomen oder Molekülen in Gasen, Flüssigkeiten oder Festkörpern. In einigen Ausbildungen der Erfindung wird dies in einem »Hohlraum« oder einer anderen Umgebung durchgeführt, von wo die Lichtenergie nicht frei ungehindert entweichen kann, sondern dazu veranlaßt wird, ihre Intensität zu verstärken. _The invention relates to light amplification devices made according to similar aspects work as they do in a molecular amplifier or maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) can be applied, and to various arrangements using such devices built-in included. In particular, the invention relates to the amplification of light by excited Photoemission from ions, atoms or molecules in gases, liquids or solids. In some embodiments of the invention, this is done in a "cavity" or other environment carried out, from where the light energy cannot escape freely, but prompts it to do so will increase its intensity. _

Das in einem derartigen Gerät verstärkte Licht ist durch räumliche oder zeitliche Kohärenz gekennzeichnet und wird mithin phasengleich und polarisiert abgestrahlt.The light amplified in such a device is characterized by spatial or temporal coherence and is therefore emitted in phase and polarized.

Zur Erklärung des Wesens der Erfindung erscheint es zweckmäßig, kurz auf die der Erfindung zugrunde liegendenphysikalischen Gesetzmäßigkeiteneinzugehen.To explain the essence of the invention, it seems appropriate to briefly refer to the basis of the invention underlying physical laws.

Es ist bekannt, daß sich Atome, Ionen oder Moleküle (einfachheitshalber und im weiteren nur die Bezeichnung Molekül gewählt) üblicherweise in sogenannten »stationären« Zuständen mit mehr oder weniger genau bestimmter Energie befinden. In einem solchen Zustand zeigt ein Molekül weder ein elektrisches noch magnetisches Moment. Da jedoch ein Molekül aus geladenen Teilchen besteht, wird es durch jedes schwingende elektrische oder magnetische Feld, in dem es sich befindet, gestört. Tritt eine solche Störung ein, so besitzt ein Molekül, das sich ursprünglich mit Sicherheit im stationären Zustand »a« befunden hat, eine gewisse Wahrscheinlichkeit dafür, daß es im Zustand »b« mit unterschiedlicher Energie getroffen wird. Befindet es sich in einem derartigen »Mischzustand«, dann kann es ein elektrisches oder magnetisches Moment aufweisen (d. h., es erscheint als ein System schwingender Ladungen oder von Ladungen in wechselnden Bahnen). Ein Molekül wird einen Übergang vom Zustand »a« in den Zustand »b« vornehmen (d. h., es wird eine größere Aufenthaltswahrscheinlichkeit für den Zustand »b« aufweisen), wenn das induzierte elektrische oder magnetische Moment mit nahezu derselben Frequenz wie die des eigenen elektrischen odermagnetischen Feldes schwingt, und wenn Polarisation und Phasen der Schwingungen übereinstimmen. Die Frequenz des Schwingungsmomentes ist durch die Einsteinsche Gleichung: It is known that atoms, ions or molecules (for the sake of simplicity and in the following only the designation Molecule selected) usually in so-called "stationary" states with more or less exactness certain energy. In such a state, a molecule shows neither an electrical nor an magnetic moment. However, since a molecule is made up of charged particles, each one gets it vibrating electric or magnetic field in which it is disturbed. Such a disorder occurs a, then a molecule that was originally with certainty in the steady state "a" has a certain probability that it was hit with different energies in state "b" will. If it is in such a "mixed state," then it can be electrical or magnetic Have moment (i.e. it appears as a system of oscillating charges or charges in alternating tracks). A molecule will make a transition from state "a" to state "b" (i.e. it will have a greater probability of being in state "b"), when the induced electric or magnetic moment has almost the same frequency as that of the own electric or magnetic field oscillates, and if polarization and phases of the oscillations to match. The frequency of the oscillation moment is given by Einstein's equation:

AE AE = = hvhv

Lichtsender oder -verstärker für möglichst
monochromatische Ausstrahlung mittels
selektiver Fluoreszenz
Light transmitter or amplifier for as possible
monochromatic appearance by means of
selective fluorescence

Anmelder:Applicant:

TRG, Incorporated, Syosset, Long Island, N. Y.TRG, Incorporated, Syosset, Long Island, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg,
Von-Eichendorff-Str. 10
Dr.-Ing. E. Liebau, patent attorney,
Göggingen via Augsburg,
Von-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Gordon Gould, Bronx, N. Y. (V. St. A.)Gordon Gould, Bronx, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. ν. Amerika vom 6. April 1959 (804 539) --V. St. ν. America April 6, 1959 (804 539) -

gegeben. Dabei bedeutetgiven. Thereby means

ν = Schwingungsfrequenz,
h = Plancksches Wirkungsquantum,
AE = Energiedifferenz zwischen zwei Molekülzuständen.
ν = vibration frequency,
h = Planck's quantum of action,
AE = energy difference between two molecular states.

Dieselbe Gleichung A E = h ν ergibt die Energie der Photonen, die mit dem elektromagnetischen Feld verbunden sind. Die Photonendichte ist der Energiedichte des Feldes proportional. Während eines Übergangs wird ein Photon oder »Quant« der elektromagnetischen Energie entweder emittiert oder von dem Feld absorbiert, je nachdem, ob das Molekül von einem höheren zu einem niedrigeren Energiezustand oder umgekehrt wechselt. Aber auch dann, wenn keine Strahlungsenergiedichte mit der richtigen Frequenz bei dem Molekül direkt beobachtbar ist, treten spontane Übergänge von höheren zu niedrigeren Zuständen mit gleichzeitiger Photonenemission ein. Diese Übergänge werden tatsächlich durch regellose Schwankungen im elektromagnetischen Feld des sogenannten »leeren Raums« verursacht.The same equation AE = h ν gives the energy of the photons associated with the electromagnetic field. The photon density is proportional to the energy density of the field. During a transition, a photon or "quantum" of electromagnetic energy is either emitted or absorbed by the field, depending on whether the molecule changes from a higher to a lower energy state or vice versa. But even if no radiation energy density with the correct frequency is directly observable in the molecule, spontaneous transitions from higher to lower states occur with simultaneous emission of photons. These transitions are actually caused by random fluctuations in the electromagnetic field of so-called "empty space".

Die während eines induzierten Übergangs emittierten Photonen sind mit der Anregungswelle phasengleich und besitzen dieselbe Polarisation, d. h., sie sind mitThe photons emitted during an induced transition are in phase with the excitation wave and have the same polarization, i. i.e., they are with

So ihr »kohärent«. Ein einzelnes Atom kann Photonen in jede beliebige Richtung ausstrahlen. Sind jedoch viele Atome über ein endliches Volumen verteilt und sendenSo you "coherent". A single atom can put photons in radiate in any direction. However, many atoms are distributed over a finite volume and send

409 638/164409 638/164

3 43 4

kohärente Strahlung aus, dann wirken sie zusammen Ist die Bedingung für die Schwingung nicht genau und bilden eine Welle, deren Fortpflanzungsgeschwin- gegeben, aber Energie von außen in den Hohlraum digkeitsvektor mit dem der Anregungswelle innerhalb eingestrahlt, dann werden die angeregten oder »hochgewisser Streugrenzen übereinstimmt. Das heißt, sie gepumpten« Moleküle das Signal verstärken. Da durch verstärken die Anregungswelle. Die Strahlung der 5 die Ausgangskopplung Energieverlust eintritt, gilt als induzierten Emission hat eine spektrale Verteilung, Bedingung für unendliche Verstärkung, bei optimaler die der der induzierenden Strahlung entspricht und Ausgangsgröße, daß
kann in einer sehr scharfen Linie bestehen. h
coherent radiation, then they work together If the condition for the oscillation is not exact and form a wave whose speed of propagation is given, but energy from the outside into the cavity radiation vector with that of the excitation wave inside, then the excited or »highly certain scattering limits coincide . That is, they pumped “molecules to amplify the signal. Because by amplifying the excitation wave. The radiation of the 5 the output coupling energy loss occurs, is considered to be induced emission has a spectral distribution, condition for infinite amplification, at optimal which corresponds to that of the inducing radiation and output variable that
can exist in a very sharp line. H

Spontan emittierte Photonen haben auf Grund der Nj1 N, ^>
Regellosigkeit der Nullpunktschwankungen weder io
Spontaneously emitted photons have due to the Nj 1 - N, ^>
Irregularity of the zero point fluctuations neither ok

festgelegte Phase noch Polarisation. Da die Nullpunkt- ist.fixed phase still polarization. Because the zero point is.

Schwankungen alle Frequenzen enthalten, hat die Diese Verstärkung fügt dem verstärkten Signal nur spontan emittierte Strahlung eine endliche Bandbreite, ein sehr geringes regelloses Rauschen hinzu. Der die zumindest durch eine Lorentzlinienbreite gekenn- minimale Rauschpegel ist durch thermische Schwanzeichnet ist. 15 kungen im Strahlungsfeld oder durch regelloseFluctuations include all frequencies, which has this gain only adds to the amplified signal Spontaneously emitted radiation has a finite bandwidth, plus very little random noise. Of the the minimum noise level, which is at least characterized by a Lorentz line width, is characterized by thermal fluctuations is. 15 effects in the radiation field or by irregular

Im thermischen Gleichgewicht steht die Besetzung spontane Emission, wobei der Anteil der letzterenIn the thermal equilibrium is the occupation spontaneous emission, with the proportion of the latter

von zwei Zuständen E2 (hoch) und E1 (tief) durch den immer größer ist, bestimmt.determined by two states E 2 (high) and E 1 (low) which is always greater.

Boltzmannschen Verteilungsfaktor miteinander in Es wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen,Boltzmann's distribution factor with each other in Various methods have been proposed,

Beziehung. Das Banden-Besetzungsverhältnis ist ge- um einen Überschuß der Besetzung des höheren vonRelationship. The band occupation ratio is an excess of the occupation of the higher of

geben durch den Quotient der Besetzungszahlen N2 ao zwei Molekülenergiezuständen eines Gases, das sichgive by the quotient of the occupation numbers N 2 ao two molecular energy states of a gas, which

und N1 zu in einem Resonanz-Molekularverstärkerhohlraum be-and N 1 to be loaded in a resonance molecular amplifier cavity

pf Ei^e1 hv findet, aufrechtzuhalten. Eine Ausbildung eines vor- pf egg ^ e 1 hv finds maintain. An apprenticeship as a

? — e kT = tkT . geschlagenen Molekularverstärkers erzielt »das optische? - e kT = t kT . beaten molecular amplifier achieves »the optical

1 Hochpumpen« mit Hilfe von unpolarisiertem Licht. 1 Pumping up «with the help of unpolarized light.

Daraus ergibt sich, daß im Gleichgewicht die Be- 35 Die Erörterung dieser Art von »optischem Hochsetzung eines Zustandes höherer Energie kleiner ist pumpen« soll an Thermen von Rubidiumatomen vorals die des Zustandes tieferer Energie. Insbesondere genommen werden, gilt aber auch entsprechend für ist bei gewöhnlichen Temperaturen die Besetzung andere Fälle. Licht, das für verschiedene spontane eines Zustandes, der von dem tiefsten Energiezustand Übergänge in Rb kennzeichnend ist, wird in einer durch Anregung mittels optischer Frequenz getrennt 30 Entladungslampe erzeugt und durch ein Filter geist, praktisch Null. Unter diesen Bedingungen ein- schickt. Dieses Filter entfernt alle Frequenzen außer geleitete Übergänge müssen Photonen aus dem dem Linienanteil, der Übergänge von dem F-8-l-Hy-Strahlungsfeld absorbieren. perfeinzustand des elektronischen Grundzustandes zuFrom this it follows that in equilibrium, the 35 The discussion of this kind of "optical elevation a state of higher energy is smaller "is supposed to be at the thermal baths of rubidium atoms than before that of the state of deeper energy. In particular are taken, but also applies accordingly to the occupation is different at ordinary temperatures. Light that for different spontaneous a state which is characteristic of transitions in Rb from the lowest energy state becomes in a 30 discharge lamp generated separately by excitation by means of optical frequency and ghost through a filter, practically zero. Send in under these conditions. This filter removes all frequencies except Guided transitions must be photons from the line component, the transitions from the F-8-l-Hy radiation field absorb. perfect state of the electronic basic state

Die vorangehenden Gesetzmäßigkeiten können zum irgendeinem ausgezeichneten höheren Elektronenzu-Entwurf einer Vorrichtung zur Mikrowellenverstär- 35 stand induziert. Spontaner Zerfall zurück auf beide kung durch angeregte Strahlungsemission dienen, die Hyperfeingrundzustände führt zu einem Übergang als Molekularverstärker bezeichnet wird. Wird durch der Rb-Atome von F = 1 nach F — 2.
geeignete Vorkehrungen die Besetzung eines höheren Um einen Überschuß an Besetzung in F = 2 Energiezustandes größer als die eines tieferen Energie- gegenüber F = 1 aufrechtzuerhalten, muß die optische zustandes, dann bestehen die induzierten Übergänge 40 »Pump«-Geschwindigkeit einzig und allein die Genotwendig in der Aussendung von Photonen in das schwindigkeit der Löschungsstöße, die bis auf 10 je Strahlungsfeld. Dadurch kann ein Molekül spontan Sekunde herabgesetzt werden kann, überschreiten, ein Photon aussenden, das seinerseits kohärente Natürlich bewirkt diese minimale »Pump«-Geschwin-Emissionen benachbarter Moleküle auslöst, die der digkeit eine entsprechend kleine Energieausbeute des gesamten Strahlungsenergie zugefügt werden. Findet 45 Molekularverstärkers.
The foregoing laws can induce any excellent higher electron design of a device for microwave amplification. Spontaneous decay back on both kung by excited radiation emission serve, the hyperfine ground states leads to a transition as molecular amplifier is called. Is changed by the Rb atoms from F = 1 to F - 2.
suitable precautions the occupation of a higher To maintain an excess of occupation in the F = 2 energy state greater than that of a lower energy state compared to F = 1, the optical state, then the induced transitions 40 "pump" speed, is solely necessary in the emission of photons in the speed of the extinguishing shocks, which is up to 10 per radiation field. As a result, a molecule can spontaneously decrease, exceed, emit a photon, which in turn triggers coherent Naturally this causes minimal "pump" speed emissions of neighboring molecules, which add a correspondingly small energy yield of the total radiant energy. Find 45 Molecular Enhancers.

der Übergang bei einer Mikrowellenfrequenz statt, Andererseits machen bei dem Lichtverstärker diethe transition takes place at a microwave frequency. On the other hand, the light amplifier makes the

dann kann die Anordnung in einem Hohlraumresona- vernachlässigbare thermische Besetzung von höherenthen the arrangement in a cavity resonance-negligible thermal occupation of higher

tor gleicher Frequenz eingeschlossen und das Ent- Elektronenzuständen und die hohe GeschwindigkeitTor the same frequency included and the Ent-electron states and the high speed

weichen der Photonen verhindert werden. Ist der spontaner Emissionen, die von diesen Zuständenthe photons are prevented. Is the spontaneous emissions produced by these states

Energieverlust des Hohlraumes kleiner als die von den 50 ausgehen, eine wesentlich höhere »Pump«-Geschwin-Energy loss of the cavity is smaller than that emanating from the 50, a significantly higher "pump" speed

Molekülen ausgesendete Energie, dann schwingt das digkeit notwendig. Im allgemeinen schließen dieseMolecules emitted energy, then the dizziness oscillates. Generally these close

System mit einer Frequenz, deren Schwankung Effekte den Betrieb eines Lichtverstärkers zwischenSystem with a frequency whose fluctuation effects the operation of a light amplifier between

weitaus geringer als die (Lorentz) Bandbreite des einem höher gelegenen und einem Grundzustand aus.much smaller than the (Lorentz) range of a higher and a ground state.

Übergangs ist. Im allgemeinen muß ein Übergang zwischen zweiTransition is. In general there must be a transition between two

Die Bedingung für das Eintreten einer Schwingung 55 höheren Elektronenzuständen verwendet werden,The condition for the occurrence of an oscillation 55 higher electron states can be used

des Molekularverstärkers in einem Gas ist, daß der Entsprechend dem Molekularverstärker für Kurz-of the molecular enhancer in a gas is that the corresponding to the molecular enhancer for short

Überschuß der Besetzungsdichte wellen beruht die Arbeitsweise des Licht-Molekular-The mode of operation of the light-molecular-

. Verstärkers auf dem Prinzip induzierter geeigneter. Amplifier based on the principle of induced more suitable

Nu Ne > . a 2 Übergänge von einem höheren Energiezustand in Nu - N e > . a 2 transitions from a higher energy state in

ΐ,π ρ rQ 6o ejnen tieferen Energiezustand, dessen Besetzung ΐ, π ρ rQ 6o e j nen lower energy state, its occupation

ist, wenn das Gas den Hohlraum füllt. geringer ist.is when the gas fills the cavity. is less.

Dabei bedeutet: Dieser Frequenzbereich wird für den vorliegendenThis means: This frequency range is used for the present

Fall durch die Grenze der Durchlässigkeit der Materi-Fall through the limit of the permeability of the material

T = T1 = T2 Relaxationszeit oder Zustande- alien im Infraroten und Ultravioletten festgelegt, inT = T 1 = T 2 relaxation time or states in the infrared and ultraviolet defined in

lebensdauer, 65 der Praxis auf näherungsweiselifetime, 65 practice to approximate

Θ = Gütefaktor des Hohlraums, t (VV. , Θ = quality factor of the cavity, t (VV .,

ρ = elektrisches oder magnetisches Schwingungs- lü mm > λ > ltXX) A ρ = electrical or magnetic oscillation lü mm > λ> ltXX) A

moment, das den Übergang kennzeichnet. 3 · 1012 Hz < ν < 3 · 1015 Hz.moment that marks the transition. 3 · 10 12 Hz <ν <3 · 10 15 Hz.

5 65 6

Eine weitere Einschränkung, die im fernen Ultra- hohem Energiezustand, die eine elektromagnetische violett von Bedeutung wird, liegt in der Energiemenge, Welle innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches die spontan von aktivierten Atomen emittiert wird. verstärken können. Der Umstand, daß dieser ange-Diese Energieemission wächst mit v4 an und muß von strebten Eigenschaft der Verstärkung einer elektroder Eingangsenergie erreicht oder überschritten wer- 5 magnetischen Welle eine physikalische Abtrennung den, um Lichtverstärkung zu erhalten. Beil = 1000 Ä der Moleküle mit dem höheren Energiezustand vorist eine Eingangsenergie in der Größenordnung von ausgehen muß, macht jedoch diese bekannte Vorrich-1 Kilowatt erforderlich. Bei dieser Wellenlänge ist der tung umständlich und kompliziert. Aufwand an der notwendigen Eingangsenergie zu Man war sich auch bereits darüber im klaren, daß groß, um sinnvoll zu sein. Auch sonst sind infolge io es an sich möglich ist, die Anregung der Atome, der weitaus kürzeren Wellenlänge und höheren Ionen oder Moleküle in der Art einer Fluoreszenz-Frequenz des Lichtes die brauchbaren Eigenschaften strahlung in dem gleichen Raum erfolgen zu lassen, des Lichtverstärkers qualitativ von denen des Moleku- von dem die zu erzeugende Strahlung ausgeht. Die larverstärkers für Kurzwellen verschieden. Erfindung geht speziell von einer bekannten Vor-Die vorstehende Erklärung ist in bezug auf Ver- 15 richtung dieser Art aus, und zwar von einem Lichtstärker und Verstärkung gegeben worden, aber es soll sender oder -verstärker für möglichst monochromabetont werden, daß dann, wenn ausreichende Ver- tische Ausstrahlung mittels selektiver Fluoreszenz, Stärkung erzielt werden kann, die lichtverstärkende bei dem Atome, Ionen und Moleküle durch Wechsel-Vorrichtung in eine »selbstschwingende« Vorrichtung wirkung mit Photonen oder Partikeln in der Weise übergeführt werden kann. Demnach versteht man 20 angeregt werden, daß eine kurzzeitige Überbesetzung »Verstärkung« in einem Sinn, der »Schwingung« ein- höherer Energiestufen im selektivfluoreszenten Meschließt. Daher kann ein gesteuerter Lichtverstärker dium zustande kommt, wobei die Anregung der ebensogut auch als ein Lichtsender verwendet werden. Atome, Ionen oder Moleküle in der Art einer Fluo-Eine Ausbildungsform des Lichtverstärkers, die als reszenzstrahlung in dem gleichen Raum erfolgt, von Nichtresonanzform beschrieben werden soll, kann als 25 dem die zu erzeugende Strahlung ausgeht, die sich Sender verwendet werden, um Lichtwellen, die inner- im Falle des Lichtsenders über die spontane stimuhalb einer schmalen Frequenzbandbreite liegen und lierende Strahlung ausbildet, für die zum Ausgleich eine überaus konstante mittlere Frequenz aufweisen des thermodynamischen Ungleichgewichtes allein die sollen, zu erzeugen. Das Licht eines derartigen Senders, selbständige Rückkehr in eine normale Energieverinsbesondere, wenn Kurzzeitfrequenzstörungen durch 30 teilung maßgebend ist, wohingegen im Falle des Mittelung über eine endliche Zeitspanne wirksam Lichtverstärkers die Rückkehr in die normale Energieausgeschaltet werden, stellt einen Lichtfrequenz- verteilung mittels einer von außen einwirkenden, auf standard dar von einer Genauigkeit, die mit der den Energiesprung abgestimmten stimulierenden Genauigkeit eines beliebigen bekannten Frequenz- Strahlung ausgelöst wird, so daß diese stimulierende standards verglichen werden kann. Naheliegende 35 Strahlung in jedem Fall weitgehend monochromatisch Anwendungsbereiche einer derartigen Lichtquelle sind und kohärent verstärkt wird, wobei der Reaktionsdie Zeitmessung, Frequenzmessung und insbesondere raum des selektiv fluoreszenten Mediums teils zum die Entfernungsmessung mit Hilfe von Interferenz- Sammeln optischer Energie, teils zur Ausbildung verfahren. stehender Wellen zwischen gegenüberliegenden reflek-Eine weitere Ausbildungsform, die Resonanzform 40 tierenden Flächen ausgenutzt wird. Bei der bekannten genannt werden soll, weist etwas andere Eigenschaften Vorrichtung dieser Art besitzt der Reaktionsraum auf und ist für verschiedene und ganz verschieden- längliche Form mit teilweise reflektierenden Stirnartige Anwendungszwecke brauchbar. Kennzeichnend und entweder vollkommen oder nur wenig oder nicht für einen solchen Resonanzlichtverstärker ist es, daß reflektierenden Seitenwänden. Durch die erwähnten seine Ausgangsgröße die Form einer Welle hat, die 45 beiden parallelen reflektierenden Stirnseiten soll eine angenähert eine ebene Welle ist, wenn die Eingangs- scharfe Bündelung des aus dem Reaktionsraum ausgröße ebenfalls eine ebene Welle ist. Dies bedeutet, tretenden Lichtstrahles erreicht werden. Nachteilig ist daß die Divergenz dieser Welle sehr gering sein kann, jedoch, daß Lichtstrahlen, die nicht genau senkrecht so daß die Energie der Welle im wesentlichen inner- zu den beiden parallelen stirnseitigen Reflexionsflächen halb eines sehr kleinen Raumwinkels in der Größen- 50 verlaufen, rasch durch die Seitenwände des Reaktionsordnung von 10~8 oder noch weniger enthalten ist. raumes verlorengehen. Another limitation that becomes important in the distant ultra-high energy state, which becomes an electromagnetic violet, lies in the amount of energy, wave within a certain frequency range, which is spontaneously emitted by activated atoms. can amplify. The fact that this energy emission increases with v 4 and must be reached or exceeded by the desired property of amplification of an electrical or input energy. Beil = 1000 Å of the molecules with the higher energy state before an input energy of the order of magnitude must be assumed, but this known device requires 1 kilowatt. At this wavelength, the process is cumbersome and complicated. Expenditure on the necessary input energy to One was also already aware of the fact that large, in order to be meaningful. Otherwise, it is possible to excite the atoms, the much shorter wavelengths and higher ions or molecules in the manner of a fluorescence frequency of light with the useful properties of radiation in the same space, of the light amplifier qualitatively from those of the molecule from which the radiation to be generated emanates. The lar amplifier for shortwave different. The invention is based specifically on a known prior art. The above explanation has been given in relation to a device of this type, namely a light intensifier and amplification, but the transmitter or amplifier should be toned as monochrome as possible, that if sufficient Vertical radiation can be achieved by means of selective fluorescence, strengthening the light-amplifying effect in which atoms, ions and molecules can be converted into a "self-oscillating" device effect with photons or particles in the way by changing devices. Accordingly, one understands when stimulated that a short-term overcrowding includes "amplification" in a sense, the "oscillation" of a higher energy level in the selectively fluorescent medium. A controlled light amplifier can therefore be created, the excitation of which can also be used as a light transmitter. Atoms, ions or molecules in the form of a fluo-A form of the light amplifier, which takes place as resonance radiation in the same space, of the non-resonance form, can be described as 25 from which the radiation to be generated emanates, the transmitter can be used to generate light waves, which, in the case of the light transmitter, lie above the spontaneous stimuli of a narrow frequency bandwidth and form lating radiation, for which, to compensate for the thermodynamic imbalance, they are only supposed to have an extremely constant mean frequency. The light of such a transmitter, independent return to normal energy, especially when short-term frequency interference by division is decisive, whereas in the case of averaging over a finite period of time, the return to normal energy is effectively switched off by light amplifiers, represents a light frequency distribution by means of an externally acting to standard represent an accuracy that is triggered with the stimulating accuracy of any known frequency radiation matched to the energy jump, so that these stimulating standards can be compared. Obvious radiation is in any case largely monochromatic areas of application of such a light source and is coherently amplified, with the reaction, time measurement, frequency measurement and especially space of the selectively fluorescent medium, partly for distance measurement with the help of interference collecting optical energy, partly for training. standing waves between opposing reflective surfaces. The known device has somewhat different properties. The reaction space has somewhat different properties and can be used for different and very different elongated shapes with partially reflective forehead-like applications. It is characteristic and either completely or little or not of such a resonance light amplifier that reflective side walls. Due to the above-mentioned output variable in the form of a wave, the two parallel reflecting end faces should be approximately a plane wave if the input sharp focus of the output from the reaction space is also a plane wave. This means that the emerging light beam can be reached. The disadvantage is that the divergence of this wave can be very small, but that light rays that are not exactly perpendicular so that the energy of the wave essentially run within a very small solid angle of the magnitude 50 within the two parallel end-face reflection surfaces by the side walls of the reaction order of 10 ~ 8 or even less is included. lost space.

Die dementsprechende Vorrichtung hat die Eigen- Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen schaft, Licht kohärent zu verstärken, zumindest in Nachteil zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist gemäß bezug auf Frequenz, Phase und in manchen Fällen der Erfindung der vorzugsweise hohl ausgebildete auch in bezug auf die Fortpflanzungsrichtung und 55 Reaktionsraum lediglich teilweise mit reflektierenden Polarisationsachse. Oberflächen versehen, die zwecks Zusammenfassung Zur Entwicklung einer derartigen Vorrichtung ist der Strahlung eine nach innen konvergierende Rezu bemerken, daß man bereits vor längerer Zeit flexion ergeben, wobei dieser Reaktionsraum zufestgestellt hat, daß der Strom in einer Entladungs- mindest ein Austrittsfenster für die stimulierte Strahlampe durch Bestrahlung mit Licht von außen beein- 60 lung aufweist. Man hat hierbei den Vorteil, daß sich flußt werden kann. Weiterhin hat man eine Vorrich- wegen dieser besonderen Oberflächengestaltung des tung geschaffen, bei welcher Ammoniakmoleküle in Reaktionsraumes bzw. der Reflexionsschichten das einem begrenzten Raum einem elektrischen Feld anregende Licht bequem einführen läßt. Dabei ist es derart unterworfen werden, daß sich eine Absonderung außerdem günstig, daß die in der erwähnten Weise derjenigen Moleküle mit dem höheren Energiezustand 65 angeordneten reflektierenden Flächen das durchvon denjenigen Molekülen mit dem niedrigeren laufende Licht an einem vorzeitigen Austritt aus der Energiezustand ergibt. Man erhält auf diese Weise Kammer hindern und sozusagen konservieren. Ineine Gesamtheit von Molekülen mit verhältnismäßig folgedessen ist auch die richtige Ausrichtung derThe corresponding device has its own The invention has the task of this ability to amplify light coherently, at least to eliminate it at a disadvantage. To this end is in accordance with with respect to frequency, phase and in some cases of the invention the preferably hollow one also with respect to the direction of propagation and 55 reaction space only partially with reflective Polarization axis. For the development of such a device, the radiation is an inwardly converging Rezu notice that flexion was found a long time ago, this reaction space being closed that the current in a discharge has at least one exit window for the stimulated beam lamp has been influenced from outside by irradiation with light. One has the advantage here that can be flowed. Furthermore, one has a Vorrich- because of this special surface design of the device created in which ammonia molecules in the reaction space or the reflective layers can easily introduce stimulating light to an electric field in a limited space. It is there be subjected in such a way that a segregation is also favorable that in the manner mentioned of those molecules with the higher energy state 65 arranged by reflective surfaces those molecules with the lower passing light at premature exit from the Energy state results. In this way one obtains the chamber and preserves it, so to speak. In a Set of molecules with relative consequences is also the correct alignment of the

einander gegenüberliegenden parallelen Spiegelflächen weniger kritisch als bei der erwähnten bekannten Konstruktion.opposing parallel mirror surfaces less critical than in the known known Construction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Aussendung einer nahezu ebenen Welle als Ausgangsgröße. Demzufolge eignet sich die Vorrichtung auch für Verständigungssysteme, bei denen die Ausgangslichtenergie innerhalb eines sehr kleinen Raumwinkels konzentriert ist. Der Ausgangsstrahl eines derartigen Die Wand 17 des Hohlkörpers 11 ist mit einem Reflexionsüberzug 20 versehen. Diese Oberfläche kann entweder aus einem spiegelnden Reflektor, wie z. B. poliertem Metall, oder einem diffusstreuendem Reflektor bestehen. Für sichtbares Licht wird die beste Reflexion mit einem diffusstreuendem Reflektor, wie z. B. Magnesiumoxydpulver, erreicht.The device according to the invention is suitable for emitting an almost flat wave as an output variable. Accordingly, the device is also suitable for communication systems in which the output light energy is concentrated within a very small solid angle. The output beam of such a The wall 17 of the hollow body 11 is provided with a reflective coating 20. This surface can either from a specular reflector, such as. B. polished metal, or a diffuse reflector exist. For visible light, the best reflection is with a diffuse reflector, such as z. B. magnesium oxide powder achieved.

Im allgemeinen wird daher eine derartige reflektierende Oberfläche als Reflexionsüberzug 20 verGenerally, therefore, such a reflective surface is used as a reflective coating 20

leistungsfähigen Übertragungssystems braucht nur mit io wendet. Eine Gasatmosphäre im Inneren des Hohl-powerful transmission system only needs io turns. A gas atmosphere inside the hollow

einer zu übermittelnden Information moduliert und von einem Empfänger aufgefangen und demoduliert zu werden, der nach einem üblichen photoelektrischen oder anderen geeigneten Verfahren arbeitet. Außer den genannten Anordnungen, gibt es noch weitere Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. Fernsehprojektion, Kurzzeitphotographie, Präzisionsmessungen von Längen und Geschwindigkeiten, Beleuchtung, Steuerungssysteme für verschiedene Anlagen, Erzeugung von Röntgenstrahlen usw.an information to be transmitted is modulated and received and demodulated by a receiver operating by a conventional photoelectric or other suitable method. Except the mentioned arrangements, there are other possible applications, such. B. TV projection, Short-term photography, precision measurements of lengths and speeds, lighting, control systems for various plants, production of X-rays etc.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Hierin zeigtFurther details and advantages of the invention emerge from the following description some embodiments with reference to the drawings. Herein shows

F i g. 1 einen teilweise schematisch dargestellten Querschnitt eines Nichtresonanzlichtverstärkers, der so angeordnet ist, daß er von einer äußeren Lichtquelle angeregt wird,F i g. 1 shows a partially schematically illustrated cross section of a non-resonance light amplifier which is arranged so that it is excited by an external light source,

F i g. 2 ein Diagramm von Energiezuständen des raumes 16 kann aus einem Vorratsgefäß 18, das über eine Rohrleitung 19 mit dem Hohlraum verbunden ist, beliefert werden.F i g. 2 a diagram of the energy states of the space 16 can be obtained from a storage vessel 18 which is via a pipe 19 is connected to the cavity.

Eine Heizspule 21, die über einen Temperaturregler 22 gesteuert wird, kann zur Aufrechterhaltung des gewünschten Dampfdruckes im Inneren des Hohlraums benutzt werden. Ein Temperaturregelofen 23, der den Hohlraum 11 umgeben kann, dient dazu, die Temperatur des Hohlraumes auf einen höheren Wert als den des Vorratsgefäßes 18 zu halten, um damit eine Kondensation in dem Hohlraum 11 zu verhindern und eine Drucksteuerung mittels eines Temperaturreglers 22 ungeachtet der Temperaturveränderung der Umgebung des Hohlkörpers zu sichern.A heating coil 21, which is controlled by a temperature controller 22, can be used to maintain of the desired vapor pressure inside the cavity can be used. A temperature control furnace 23, which can surround the cavity 11, serves to raise the temperature of the cavity to a higher value than that of the storage vessel 18 in order to prevent condensation in the cavity 11 and pressure control by means of a temperature controller 22 regardless of the temperature change to secure the environment of the hollow body.

Licht geht aus von einer der Anregung dienenden Lichtquelle 24 und gelangt durch das Fenster 15 in das Innere des Hohlraumes 11.Light emanates from a light source 24 serving for excitation and passes through the window 15 in the inside of the cavity 11.

In einem speziellen Beispiel besteht die Lichtquelle 24 aus einer Gasentladungslampe, deren FüllgasIn a specific example, the light source 24 consists of a gas discharge lamp, the filling gas of which

Natriums, das zum Verständnis des erfindungsgemäßen 30 eine ähnliche Zusammensetzung hat wie die Atmo-Lichtverstärkers dargestellt ist, Sphäre im Inneren 16 des Hohlraumes 11.Sodium, which for an understanding of the invention 30 has a similar composition as the atmospheric light intensifiers is shown, sphere in the interior 16 of the cavity 11.

F i g. 3 einen teilweise schematisch dargestellten Wenn auch feste oder flüssige fluoreszente Stoffe beiF i g. 3 shows a partially schematic, albeit solid or liquid fluorescent substance

Querschnitt eines Resonanzlichtverstärkers, der durch gewissen Verwendungszwecken besser als ein gasinkohärentes Licht angeregt wird und mit optisch förmiges Medium im Hohlraum 11 der F i g. 1 sein ebenen parallelen Spiegeln als Reflexionsflächen aus- 35 können, so sind die Vorgänge in Gasen vollständigerCross-section of a resonance light amplifier which, for certain purposes, is better than a gas-incoherent one Light is excited and with an optically shaped medium in the cavity 11 of FIG. Be 1 If flat, parallel mirrors can be used as reflective surfaces, the processes in gases are more complete

erforscht, und für die Erklärung der Erfindung wird in erster Linie diese leichter überblickbare Ausbildungsform herangezogen.researched, and for the explanation of the invention this more easily surveyable form of training is primarily used used.

gestattet ist,is permitted

F i g. 4 ein Diagramm der Energiezustände des Jodmoleküls, das zum Verständnis einer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes dargestellt ist, bei dem die Koinzidenz von Spektrallinien zur Anregung eines Arbeitsmediums in einem Lichtverstärker verwendet wird,F i g. 4 a diagram of the energy states of the iodine molecule, which is used to understand an education of the subject matter of the invention is shown, in which the coincidence of spectral lines to excite a Working medium is used in a light amplifier,

F i g. 5 ein Diagramm der Energiezustände von ionisiertem Europium Eu+++, das in einer Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes mit einem nicht gasförmigen Arbeitsmedium Verwendung findet.F i g. 5 shows a diagram of the energy states of ionized europium Eu + ++, which is used in one embodiment of the subject matter of the invention with a non-gaseous working medium.

Arbeitsweise eines Lichtverstärkers ohne geometrische ResonanzHow a light amplifier works without geometric resonance

Lichtverstärker ohne durch die geometrischen Abmessungen des Reaktionsraumes bedingteLight amplifier without due to the geometric dimensions of the reaction space

Hohlraumresonanz Die Arbeitsweise des Lichtverstärkers der F i g. 1 soll zunächst unter Bezugnahme auf eine relativ einfache Anregungsform, nämlich die Anregung durch Resonanzstrahlung erklärt werden. Es soll jedoch bemerkt werden, daß andere Anregungsformen, auf die nachstehend eingegangen wird, in vielen Fällen der einfacheren Resonanzstrahlung vorgezogen werden.Cavity Resonance The operation of the light amplifier of FIG. 1 is intended first with reference to a relatively simple form of excitation, namely excitation by Resonance radiation can be explained. It should be noted, however, that other forms of excitation occur which will be discussed below, are preferred to the simpler resonance radiation in many cases.

Natriumdampf liefert ein gutes Beispiel für diese Anregungsart. Es soll daher für die Erklärung angenommen werden, daß das Innere 16 des Hohlraumes mit Natriumdampf gefüllt ist und die zur Anregung benutzte Lichtquelle 24 eine Natriumdampflampe ist. F i g. 2 zeigt ein Diagramm von einigen höheren Elektronenzuständen des Natriums ohne die Hyperfeinstrukturen. Sodium vapor provides a good example of this type of excitation. It is therefore supposed to be adopted for explanation be that the interior 16 of the cavity is filled with sodium vapor and the excitation The light source 24 used is a sodium vapor lamp. F i g. 2 shows a diagram of some higher ones Electronic states of sodium without the hyperfine structures.

Die Vakuumwellenlängen der bei Übergängen zwischen bestimmten von Zuständenpaaren emittiertenThe vacuum wavelengths emitted during transitions between certain pairs of states

5555

F i g. 1 zeigt einen kugelförmigen Hohlraum 11, den Hauptteil des Nichtresonanzlichtverstärkers. Obwohl bei einer Hohlkugel das Verhältnis Volumen zu Oberfläche optimal ist, kann der Hohlraum aus zylindrischen, geradlinig oder von einer anderen gewünschten Gestalt sein. In dem Hohlraum 11 sind Öffnungen 12 und 13 für den Ausgang bzw. Eingang des der Anregung dienenden Lichtes vorgesehen.F i g. Fig. 1 shows a spherical cavity 11, the main part of the non-resonance light amplifier. Even though In the case of a hollow sphere, the ratio of volume to surface area is optimal, the hollow space can be made from cylindrical, rectilinear, or any other desired shape. In the cavity 11 are Openings 12 and 13 are provided for the output and input of the light used for excitation.

Geeignete Fenster 14 und 15 verschließen die öffnun- 60 elektromagnetischen Strahlung sind im Diagramm der gen 12 und 13 und bestehen aus Material mit einem F i g. 2 eingezeichnet. Außerdem sind die gemessenenSuitable windows 14 and 15 close the openings and 60 electromagnetic radiation are shown in the diagram of FIG gen 12 and 13 and consist of material with a F i g. 2 drawn. Also are the measured

oder geschätzten Geschwindigkeiten der Spontanemission dieser Übergänge angegeben. Auswahlregeln der elektrischen Dipolstrahlung erlauben nur Übergänge zwischen Zuständen in einander benachbarten Reihen des Diagramms. Daher erfolgen keine Übergänge zwischen Zuständen mit derselben Buchstabenbezeichnung (gleicher Bahndrehimpuls). Atome imor estimated rates of spontaneous emission of these transitions. Selection rules of the electric dipole radiation only allow transitions between states in adjacent ones Rows of the diagram. Therefore, there are no transitions between states with the same letter designation (same orbital angular momentum). Atoms in

hohen Durchlässigkeitskoeffizient für den Frequenzbereich des in Frage kommenden Lichtes, wie es z. B. Glas od. ä. ist.high transmission coefficient for the frequency range of the light in question, as is e.g. B. Glass or the like.

Das Innere 16 des Hohlraumes 11 ist in dem Ausführungsbeispiel mit einem angeregten Arbeitsmedium gefüllt. Art und Wirkungsweise dieses Arbeitsmediums werden im folgenden noch eingehend behandelt.The interior 16 of the cavity 11 is in the exemplary embodiment with an excited working medium filled. The type and mode of action of this working medium are discussed in detail below.

9 109 10

Grundzustand (3 2S1/2) können durch Resonanz- Teile des Hohlkörpers aufeinander gegenüberliegendenGround state (3 2 S 1/2 ) can be mutually opposite due to resonance parts of the hollow body

strahlung einer Natriumlampe nur auf die verschie- Stellen der Oberfläche des Verstärkergehäuses anbringt,radiation from a sodium lamp only applies to the various places on the surface of the amplifier housing,

denen P-Zustände angeregt werden. Wird ein beträchtlicher Teil der Gesamtfläche deswhich P-states are excited. Will take up a considerable part of the total area of the

Zunächst wird angestrebt, eine stärkere Besetzung Hohlkörpers von der Fensterfläche zur LichtanregungFirst of all, the aim is to have a stronger occupation of the hollow body from the window surface for light stimulation

irgendeines höheren Zustands gegenüber einem tieferen 5 benötigt, so kann man vorzugsweise dem Verstärkerany higher state compared to a lower 5 is required, one can preferably use the amplifier

Zustand zu erreichen.' Die Übergänge zu dem tieferen eine andere Form, z. B. eine zylindrische Form geben.To achieve state. ' The transitions to the deeper one have a different shape, e.g. B. give a cylindrical shape.

Zustand können durch die Gegenwart von Licht- Diese Form kann insofern als besonders geeignetState can be caused by the presence of light- This form can in so far be particularly suitable

energie geeigneter Frequenz angeregt werden. Gesetzt angesehen werden, als die gekrümmten Teile derenergy of a suitable frequency are excited. Are considered to be the curved parts of the set

den Fall, daß nur die 6 2P-Zustände unmittelbar vom zylindrischen Oberfläche für die Einleitung desthe case that only the 6 2 P-states directly from the cylindrical surface for the initiation of the

Grundzustand aus anregbar sind, dann kann durch io Anregungslichtes durchlässig sein können, währendGround state are excitable, then can be permeable by io excitation light while

geeignete optische Filter alles Licht, das andere zugleich die Zylinderenden diffus reflektierend gemachtsuitable optical filters all light, the other at the same time made the cylinder ends diffusely reflective

Zustände anregen würde, weggefütert werden. Darauf- werden können. Bei einer derartigen Anordnung kannStates would encourage to be fed away. Can be on it. With such an arrangement can

hin werden durch spontane Emission verschiedene bequem ein großer Betrag an Lichtenergie in denthrough spontaneous emission, a large amount of light energy is conveniently introduced into the

tiefere Zustände bis zu einem gewissen Grad besetzt. Hohlraum übertragen werden. Zwar kann damit einedeeper states occupied to a certain extent. Cavity are transferred. It is true that a

Die Besetzung im dynamischen Gleichgewicht kann 15 gewisse Verminderung des mittleren wirksamenThe occupation in dynamic equilibrium can reduce the mean effective 15 to a certain extent

aus der Geschwindigkeit der spontanen Übergänge Reflexionskoeffizienten verbunden sein, jedoch kannHowever, reflection coefficients can be connected from the speed of the spontaneous transitions

berechnet werden. dies, wie andere Überlegungen zeigen, behoben werden.be calculated. this, as other considerations show, can be remedied.

Unter der Annahme, daß die 62P-Zustände eine Wird der oben beschriebene zylindrische Nicht-Einheitsbesetzung haben, sind die Besetzungen der resonanzverstärker in Längsform ausgeführt, dann anderen tieferen Zustände berechnet und aus dem 2° kann nur Licht innerhalb eines schmalen Winkel-Diagramm zu entnehmen. Beispielsweise ist die bereichs der Fortpflanzungsrichtung verstärkt werden. Besetzung des 42S1/2 Zustandes nur 0,0067 von der des Dadurch wird der Rauschpegel durch spontane 6 2P-Zustandes. Daher können in einem geeigneten Emission verringert und eine schmalere Bandbreite der Raum Übergänge, die die 8660 Ä Infrarotlinien Ausgangsgröße erreicht. Die Ausgangsgröße eines erzeugen, erwartet werden. 25 langgestreckten zylindrischen Nichtresonanzverstär-Assuming that the 6 2 P-states have a non-unit occupation of the cylindrical non-unit occupation described above, the occupations of the resonance amplifiers are designed in a longitudinal form, then other lower states are calculated and from the 2 ° only light can be within a narrow angle diagram refer to. For example, the range of the direction of propagation is to be reinforced. Occupation of the 4 2 S 1/2 state only 0.0067 of that of the This means that the noise level is caused by the spontaneous 6 2 P state. Therefore, in a suitable emission can be reduced and a narrower bandwidth of the space transitions that the 8660 Å infrared lines output size achieved. The output of a produce to be expected. 25 elongated cylindrical non-resonance amplifiers

Aus dem Diagramm der F i g. 2 und dem Gesagten kers kann weitgehend auf einen Winkel von größengeht hervor, daß durch die Anregung des Mediums in ordnungsmäßig ungefähr 6° beschränkt werden. Dies dem Hohlraum 1.1. mit dem Licht der Lichtquelle 24 ist wesentlich günstiger und kann beträchtlich wirk-(Wellenlänge 2680 Ä) eine Bedingung dafür geschaffen samer ausgerichtet werden als die diffuse Ausgangsist, daß die Besetzung eines höheren Energiezustandes 30 größe eines kugelförmigen Verstärkers oder Senders. (62P) viel größer ist als die eines tieferen Zustandes Das Auftreten von Resonanzerscheinungen kann (42S1/2), so daß die Einstrahlung von stimulierendem bei dem Nichtresonanzlichtverstärker in Form eines Licht einer Frequenz, die der Differenz zwischen diesen gestreckten Zylinders dadurch vermieden werden, daß beiden Energiezuständen entspricht (Wellenlänge die Lichtwege zwischen den Reflektoren ganz ver-8660 Ä), einen Übergang von dem höheren Energie- 35 schiedene Längen haben. Falls erforderlich, kann die zustand in den tieferen Energiezustand anregen wird, Form der Reflektoren so gewählt werden, daß diese wobei das Licht dieser selben Frequenz verstärkt Verschiedenheit der optischen Lichtwege zwischen den ausgesendet wird. Reflektoren noch vergrößert wird.From the diagram of FIG. 2 and what has been said kers can largely be limited to an angle of magnitude that is limited by the excitation of the medium in orderly approximately 6 °. This the cavity 1.1. with the light of the light source 24 is much cheaper and can be considerably more effective (wavelength 2680 Å) a condition created for it to be aligned more closely than the diffuse output is that the occupation of a higher energy state 30 size of a spherical amplifier or transmitter. (6 2 P) is much greater than that of a deeper state The occurrence of resonance phenomena can (4 2 S 1/2 ), so that the irradiation of stimulating at the non-resonance light amplifier in the form of a light of a frequency equal to the difference between these elongated cylinders be avoided by the fact that both energy states correspond (wavelength the light paths between the reflectors completely different), a transition from the higher energy 35 have different lengths. If necessary, the state can stimulate the lower energy state, the shape of the reflectors can be chosen so that they are emitted with the light of this same frequency amplified difference of the optical light paths between the. Reflectors is still enlarged.

Dementsprechend gilt, daß dann, wenn die Pump- Außer Natrium können auch für die HerstellungAccordingly, if the pumping except sodium can also be used for the production

geschwindigkeit durch die Anregung der Lichtquelle 24 40 eines Nichtresonanzverstärkers verschiedene anderespeed by the excitation of the light source 24 40 of a non-resonance amplifier various others

so groß ist, daß ein großer Unterschied der Besetzung Elemente verwendet werden, insbesondere die Elementeis so great that there is a great difference in the cast elements used, especially the elements

zwischen diesen beiden Zuständen, und zwar zugunsten der I. und III. Gruppe des Periodischen Systems,between these two states, in favor of the I. and III. Group of the periodic table,

des höheren Zustandes aufrechterhalten wird und Jedoch sind die Eigenschaften von Natrium denof the higher state is maintained and However, the properties of sodium are that

dann, wenn die Verluste im Hohlraum durch Errei- anderen Elementen gegenüber besonders günstig.when the losses in the cavity due to reaching other elements are particularly favorable.

chung eines maximalen Reflexionsvermögens der Ober- 45 Lichtverstärker ohne geometrische ResonanzAchieving a maximum reflectivity of the 45 light amplifiers without geometric resonance

flache 20 genügend klein gemacht werden, die Bedm- 6 flat 20 can be made sufficiently small that the bedm- 6

gungen für eine ungedämpfte Schwingung gegeben Der vorstehend beschriebene Lichtverstärker derconditions for an undamped oscillation. The above-described light amplifier of the

sind, die Anordnung der F i g. 2 als Nichtresonanz- F i g. 1 wird als Nichtresonanzlichtverstärker bezeich-are, the arrangement of the F i g. 2 as a non-resonant F i g. 1 is referred to as a non-resonance light amplifier.

Lichtsender arbeitet. net, da die Frequenz des Lichtausgangs zwar relativLight transmitter works. net, since the frequency of the light output is relative

Offensichtlich wird, für den Fall, daß die Schwin- 50 konstant, jedoch im wesentlichen unabhängig von denObviously, in the event that the Schwin 50 is constant, but essentially independent of the

gungsbedingungen nur angenähert, jedoch nicht genau Abmessungen des Hohlraums ist, in dem die Schwin-conditions is only approximate, but not exactly the dimensions of the cavity in which the vibration

vorliegen, das Licht der entsprechenden Frequenz gung erzeugt wird.present, the light of the corresponding frequency generation is generated.

(8660 Ä), das in den Hohlraum eingestrahlt ist, durch Im folgenden wird eine andere Ausführungsform(8660 Å), which is radiated into the cavity, by the following is another embodiment

die angeregte Strahlungsemission verstärkt, und die eines Lichtverstärkers beschrieben, bei der die »Reso-amplifies the excited radiation emission, and described that of a light amplifier in which the »Reso-

Ausgangsgröße des Hohlraums wird für diese Frequenz 55 nanzfrequenz« der Anordnung in hohem Maße vonThe output variable of the cavity is to a large extent for this frequency 55 nance frequency «of the arrangement

größer sein als die Eingangsgröße und damit also eine den Abmessungen des Hohlraums abhängig ist. Derbe larger than the input variable and thus one of the dimensions of the cavity is dependent. Of the

Verstärkung erreicht werden, jedoch werden keine Resonanzverstärker weist außerdem auch noch andereAmplification can be achieved, however, no resonance amplifiers will also have others

selbsterregten Schwingungen auftreten. wesentliche Unterschiede auf, jedoch wird die Reso-self-excited vibrations occur. significant differences, but the reso-

Der Nichtresonanzlichtverstärker der F i g. 1 ist nanzeigenschaft als wesentliches Merkmal zur Unterschematisch mit einem relativ kleinen Fenster zur 60 scheidung von dem vorher beschriebenen NichtEinleitung des Anregungslichts dargestellt. In Wirklich- resonanzlichtverstärker benutzt,
keit wird es im allgemeinen vorteilhaft sein, einen T. , .. , . .. ,. , . ,
wesentlichen Teil der Oberfläche des Hohlkörpers als Ljchtverstarker mit zusätzlicher geometrischer
Fenster für die Lichtanregung zu benutzen. Dabei Resonanz mittels Spiegelanordnung
bedingt allerdings eine Vergrößerung der Fensterfläche 65 F i g. 3 zeigt einen Lichtresonanzverstärker, beeine Verminderung der zur Reflexion verfügbaren stehend aus einem Hohlraum 101 mit Strahlungs-Oberfläche. Der wirksame Reflexionskoeffizient kann durchlässigen Seitenwänden, der an seinen Enden von relativ groß gemacht werden, indem man reflektierende ebenen Spiegeln 102 und 103 abgeschlossen ist.
The non-resonance light amplifier of FIG. 1, the display property is shown as an essential feature of the sub-schematic with a relatively small window to distinguish it from the previously described non-introduction of the excitation light. Used in real-resonance light amplifiers,
In general, it will be advantageous to have a T. , ..,. ..,. ,. ,
essential part of the surface of the hollow body as a light amplifier with additional geometric
To use windows for light stimulation. Thereby resonance by means of a mirror arrangement
however, requires an enlargement of the window area 65 F i g. 3 shows a light resonance amplifier, a reduction of the available for reflection standing out of a cavity 101 with a radiation surface. The effective reflection coefficient can be made of transmissive sidewalls, which can be made relatively large at its ends by adding reflective flat mirrors 102 and 103 to completion.

IlIl

Das Innere 104 des Hohlkörpers 101 ist mit einem angeregten Arbeitsmedium, wie z. B. Natriumdampf, gefüllt. Um den Hohlkörper 101 verläuft konzentrisch eine hohlzylindrische Entladungslampe 105. Die Oberfläche 106 kann mit einem reflektierenden Überzug versehen sein, um das Licht voll ausnutzen zu können, während die Innenwand 107 der Entladungslampe 105 für die gewünschte Linie des in der Entladungslampe erzeugten Lichts durchlässig ist.The interior 104 of the hollow body 101 is with an excited working medium, such as. B. sodium vapor filled. A hollow cylindrical discharge lamp 105 runs concentrically around the hollow body 101. The surface 106 can be provided with a reflective coating in order to be able to fully utilize the light, while the inner wall 107 of the discharge lamp 105 is permeable to the desired line of the light generated in the discharge lamp.

Elektroden 108 in der Entladungslampe 105 werden über Zuleitungen 111 von einer Energiequelle 109 mit Spannung versorgt.Electrodes 108 in discharge lamp 105 are supplied with voltage from an energy source 109 via supply lines 111.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist auch die Gasentladungslampe 105 mit Natrium gefüllt.In the case of the in FIG. 3, the gas discharge lamp 105 is also filled with sodium.

Vorratsgefäße, öfen und weitere Hilfsmittel zur Aufrechterhaltung geeigneter Gasverhältnisse in der Entladungslampe 105 und dem Hohlkörper 101 sind aus Gründen der Vereinfachung in der Zeichnung weggelassen. Diese Hilfsmittel für das in F i g. 3 dargestellte Gerät können den in den anderen Zeichnungen dargestellten entsprechen oder aus beliebigen anderen geeigneten Vorrichtungen zur Erhaltung einer geeigneten Atmosphäre bestehen.Storage vessels, ovens and other aids for maintaining suitable gas conditions in the discharge lamp 105 and the hollow body 101 are omitted from the drawing for the sake of simplicity. These tools for the in F i g. Apparatus shown in FIG. 3 may be the same as shown in the other drawings or may consist of any other suitable means of maintaining a suitable atmosphere.

Arbeitsweise des ResonanzlichtverstärkersHow the resonance light amplifier works

Wie bereits erwähnt, ist die induzierte Emission der Atome mit der Anregungsstrahlung kohärent, d. h., sie ist phasengleich und weist gleiche Frequenz und Polarisation auf. Emittieren viele Atome im Bereich der anregenden Welle, dann besteht die emittierte Strahlung ebenfalls aus einer im wesentlichen ebenen Welle mit demselben Fortpflanzungsvektor mit Ausnahme ganz geringer Beugungseffekte. Daraus ergibt sich, daß der Resonanzlichtverstärker der F i g. 3 trotz seiner im Vergleich mit der gesamten Innenfläche nur kleinen Reflexionsflächen den Verstärkungsvorgang wirksam beschränkt auf Grund der Tatsache, daß nun Lichtenergie innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbereichs und Winkelbereichs zur Fortpflanzungsrichtung verstärkt wird, und daß diese Energie einen Fortpflanzungsvektor in einer solchen Richtung besitzt, daß sie im wesentlichen zwischen den beiden reflektierenden Oberflächen enthalten bleibt.As already mentioned, the induced emission of the atoms is coherent with the excitation radiation, i.e. h., they is in phase and has the same frequency and polarization. Emit many atoms in the area the exciting wave, then the emitted radiation also consists of an essentially flat one Wave with the same propagation vector with the exception of very small diffraction effects. From this it follows that the resonance light amplifier of the F i g. 3 despite its in comparison with the entire inner surface only small reflective surfaces effectively limit the amplification process due to the fact that now light energy within a very narrow frequency range and angular range to the direction of propagation is amplified, and that this energy has a vector of reproduction in such a Direction has that it is contained substantially between the two reflective surfaces.

Es treten geringe Energieverluste am Rand der Reflektoren auf, die von geringen Winkelabweichungen zur Fortpflanzungsrichtung der zu verstärkenden Strahlen herrühren. Jedoch ist dieser Energieverlust zu geringfügig, als daß er in einem durchgebildeten Gerät eine ordnungsgemäße Arbeitsweise verhindern könnte. Innerhalb seiner Frequenz- und Winkelbegrenzungen, die durch die Dimensionen und den Verlustkoeffizienten auf Grund der Reflexion gegeben sind, verstärkt der Resonanzlichtverstärker ebene Wellen stetig veränderlich in Richtung und Frequenz.There are low energy losses at the edge of the reflectors, those from small angular deviations to the direction of propagation of the rays to be amplified. However, this loss of energy is too insignificant than that it could prevent proper functioning in a well-trained device. Within its frequency and angle limitations imposed by the dimensions and the loss coefficient are given due to the reflection, the resonance light amplifier amplifies plane waves in a continuously variable manner in direction and frequency.

Ist die Eingangswelle eben, so ist die Ausgangswelle nahezu eben. Die endliche Ausdehnung einer Wellenlänge bedingt, daß sich die Wellenfront während ihrer Fortpflanzung ausbreitet. In großer Entfernung von einer kreisförmigen Endplatte nimmt die Wellenfront, an Stelle eines Kreises von konstantem Durchmesser, die Form der Intensitätsverteilung einer Fraunhoferschen Beugung an.If the input shaft is flat, the output shaft is almost flat. The finite extent of a wavelength causes the wavefront to spread during its propagation. At a great distance from a circular end plate takes the wavefront, instead of a circle of constant diameter, the shape of the intensity distribution of Fraunhofer diffraction.

In diesem Beugungsbild fallen angenähert 98 % des Lichtes in einem Kegel vom halben Raumwinkel und mehr als die Hälfte des Lichtes liegt innerhalb eines Kegels vom halben Raumwinkel 1I2Ad. Wird die Welle auf einer nahegelegenen Ebene fokussiert, so beobachtet man dabei desselbe Beugungsbild an Stelle eines Punktes. Das Rayleigh-Kxiterium für Winkelauflösung zweier ebener Wellen, die in einem Fernrohr fokussiert werden, sagt aus, daß sie miteinander einen Winkel bilden, der gleich ΔΘ ist. Das heißt, daß das Maximum der einen Welle auf das erste Minimum desIn this diffraction pattern, approximately 98% of the light falls in a cone of half the solid angle and more than half of the light lies within a cone of half the solid angle 1 I 2 Ad. If the wave is focused on a nearby plane, one observes the same diffraction image instead of a point. The Rayleigh equation for the angular resolution of two plane waves that are focused in a telescope states that they form an angle with one another which is equal to ΔΘ . This means that the maximum of one wave is reduced to the first minimum of the

ίο Beugungsbildes der anderen Welle fällt. Daher können ebene Wellen, die von verschiedenen Stellen eines entfernt gelegenen Gegenstandes herrühren, kohärent mit Hilfe des Resonanzlichtverstärkers verstärkt und dann auf einem Schirm oder einer Frontplatte einer Fernsehkameraröhre fokussiert werden. Das sich danach ergebende Bild kann abgetastet oder anderweitig verwendet werden.ίο the diffraction pattern of the other wave falls. Hence can plane waves emanating from different places on a distant object are coherent amplified with the help of the resonance light amplifier and then on a screen or a front panel a TV camera tube to be focused. The resulting image can then be scanned or otherwise be used.

Tritt eine ebene Welle durch eine kreisförmige öffnung, dann beginnt sich die Welle bereits kurzIf a plane wave passes through a circular opening, the wave begins for a short time

ao hinter der öffnung auszubreiten und bildet ein Beugungsbild nach Fresnel.ao spread out behind the opening and forms a diffraction pattern according to Fresnel.

Wenn eine »ebene« Welle im Inneren der Röhre hin und her reflektiert, so entweicht Licht durch den zylindrischen Raum zwischen den beiden Reflektoren.When a "plane" wave reflects back and forth inside the tube, light escapes through it cylindrical space between the two reflectors.

as Der Anteil des Lichtverlustes beim Durchlaufen eineras The proportion of light loss when passing through a

Wegstrecke / = ist angenähert gegeben durchDistance / = is approximately given by

= Verlustanteil= Share of loss

(L XY (2Rf(L XY (2Rf

wobei L die durchlaufende Wegstrecke ist zwischen den Reflektoren und R der effektive Reflektorradius.where L is the traversing distance between the reflectors and R is the effective reflector radius.

Geht 0uiff. -*■ 1, dann wird der auf Reflexion beruhende effektive Verlust außerordentlich vergrößert. Damit wird für den Radius des Reflektors eine untere Grenze gesetzt.
Ist
Go uiff. - * ■ 1, then the effective loss due to reflection is greatly increased. This sets a lower limit for the radius of the reflector.
is

L = 100 cm, L = 100 cm,

λ = 5- ICh5Cm =5000A, λ = 5- ICh 5 Cm = 5000A,

2 R = 1 cm, 2 rows = 1 cm,

dann beträgt Φ mg. ^ 0,001. Dies bedeutet, daß der Verlustanteil geringer ist als der Absorptionsverlust.then Φ mg. ^ 0.001. This means that the loss fraction is less than the absorption loss.

Ein typischer Absorptionskoeffizient ist a = 0,01.A typical absorption coefficient is a = 0.01.

Die Spiegel 102 und 103 können entweder metallisiert oder Interferenzreflektoren mit mehreren Schichten sein. Die letzteren sind nahezu verlustfrei (d. h. der Durchlässigkeitsanteil plus Reflexionsanteil ergeben nahezu 100 %)· Interferenzreflektoren können ein sehr hohes Reflexionsvermögen für eine vorgegebene Wellenlänge besitzen. Dies ist von der Anzahl der vorliegenden Schichten abhängig. Praktisch werden 98 % im sichtbaren Bereich bei einem sechsschichtigen Reflektor erreicht. Ebene Flächen mit einer kleineren Toleranz als ungefähr V50A sind nicht gängig zur Verfügung, so daß für den Fall, daß keine besseren Flächen zur Verfügung stehen, in einem Resonanzsystem auch ein noch besseres Reflexionsvermögen nicht erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Interferenzreflektoren liegt darin, daß Photonen, die von einem anderen als dem gewollten Übergang herstammen, nicht reflektiert werden (eine Folge der Frequenzauswahl), und damit werden unerwünschte angeregteThe mirrors 102 and 103 can be either metallized or multi-layer interference reflectors. The latter are almost loss-free (ie the transmission component plus the reflection component result in almost 100%). Interference reflectors can have a very high reflectivity for a given wavelength. This depends on the number of layers present. In practice, 98% is achieved in the visible range with a six-layer reflector. Flat surfaces with a tolerance smaller than approximately V 50 A are not commonly available, so that in the event that no better surfaces are available, an even better reflectivity is not necessary in a resonance system. Another advantage of the interference reflectors is that photons that originate from a transition other than the intended one are not reflected (a consequence of the frequency selection), and thus undesired ones are excited

Ö5 Übergänge abgehalten.Ö5 transitions held.

Aus der F i g. 3 wird deutlich, daß eine ebene Welle, die sich in einer vom Lot auf die Spiegeloberfläche abweichenden Richtung fortpflanzt durch dieFrom FIG. 3 it is clear that a plane wave which is perpendicular to the mirror surface divergent direction propagates through the

Berandung austritt und ihre Energie schneller als die normale Welle verliert. Die räumliche Verschiebung pro Reflexion beträgt:Boundary leaks and its energy faster than that normal wave loses. The spatial shift per reflection is:

χ = L sin Θ m L Θ . χ = L sin Θ m L Θ.

Der Energieverlust bei jeder Reflexion beträgt angenähertThe energy loss for each reflection is approximate

χ ΣΘχ ΣΘ

2R 2R2R 2R

Damit beträgt der effektive durch Reflexion bedingte VerlustkoeffizientThe effective loss coefficient due to reflection is thus

Wird die Bandbreite Af in einem nachfolgenden elektronischen Verstärker begrenzt, dann kann gezeigt werden, daß der folgende Ausdruck für das RauschenIf the bandwidth Af is limited in a subsequent electronic amplifier, then it can be shown that the following expression for the noise

-AvAf-AvAf

TCTC

AvAfAvAf

Λ — dabs + Diff. H Λ - dabs + diff. H

ΣΘΣΘ

oder der Energieverlustanteil ist gegeben durchor the energy loss component is given by

E atE at

2R2R

wächst χ an, dann verringert sich der Verstärkungsgrad des Lichtverstärkers, und zwar proportional im Bereich der linearen Verstärkung. if χ increases , then the gain of the light amplifier decreases, proportionally in the range of the linear gain.

Als praktisches Maß für einen Grenzwinkel, für den noch wirksame Verstärkung vorliegt, wird der Winkel angegeben, für den « = 2ocai,s ist.As a practical measure for a critical angle for which there is still effective reinforcement, the angle given is for which = 2ocai, s .

3030th

2R L2R L

2aR2aR

Θ,=Θ, =

3535

Das Maximum kann erreicht werden, wenn 6>2 ~ 0,10 Winkeleinheiten; für die oben angeführten Größen beträgt Θ2 ^ 5 · 10~4 Winkeleinheiten.The maximum can be reached if 6> 2 ~ 0.10 angular units; for the sizes listed above, Θ is 2 ^ 5 · 10 ~ 4 angular units.

Die Tatsache, daß der Verlustkoeffizient mit wachsendem Winkel Θ abfällt, bestimmt für die Resonanzlichtoszillatorausgangsgröße wichtigste Eigenschaft, nämlich ein sehr begrenztes Strahlenbündel.The fact that the loss coefficient decreases with increasing angle Θ determines the most important property for the resonance light oscillator output variable, namely a very limited beam.

Man kann berechnen, daß im Idealfall 0=0 der ganze austretende Strahl in das Fraunhofersche Beugungsbild fällt. Es kann außerdem gezeigt werden, daß bei Paus = 1 Watt bei λ — 1 μ die Frequenzbandbreite des Ausgangsstrahlenbündels kleiner als 100 Hz sein wird. Diese verbleibende Bandbreite beruht auf dem noch zu behandelnden Rauschuntergrund. One can calculate that in the ideal case 0 = 0 the entire emerging beam falls into the Fraunhofer diffraction pattern. It can also be shown that with P out = 1 watt at λ - 1 μ the frequency bandwidth of the output beam will be less than 100 Hz. This remaining bandwidth is based on the noise floor that has yet to be dealt with.

Wie bereits betont wurde, entsprechen den durch die regellosen Feldschwankungen bedingten, als Untergrund vorhandenen Spontanemissionen im sichtbaren Gebiet Übergänge, die durch thermische Strahlung bei einer Temperatur von 30000 0K induziert werden. Jedoch ist dies nicht so hoch, wie es zunächst erscheint, da ein Resonanzlichtverstärker eine Trennmöglichkeit gegenüber allen Signalen hat, die außerhalb eines optischen Bandes liegen und gegenüber allen Fortpflanzungsrichtungen, die außerhalb des Fraunhoferschen Kegels liegen. Man kann abschätzen, daß das dem Minimum entsprechende Eingangsrauschen in einem Fraunhofer-Kegel gegeben ist durchAs already emphasized, corresponding to the due to the random field fluctuations as a base existing spontaneous emissions in the visible area transitions, which are induced by thermal radiation at a temperature of 30000 K 0. However, this is not as high as it initially appears, since a resonance light amplifier has a possibility of separating from all signals that lie outside an optical band and from all directions of propagation that lie outside the Fraunhofer cone. One can estimate that the input noise corresponding to the minimum in a Fraunhofer cone is given by

Pmin «a 1,5 · 10-11 Watt Pmin «a 1.5 x 10 11 watts

im sichtbaren Gebiet.in the visible area.

ist.is.

Also hängt das Minimum des Rauschens von der Quadratwurzel der Bandbreite ab, aber nicht von der Fläche der Reflektoren 102, 103 an den Rohrenden. Das in der F i g. 3 dargestellte Gerät kann als Verstärker, der sich von einem selbsterregbaren Sender unterscheidet, bei Begrenzung des Verstärkungsgrades gebraucht werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Anteil der Lichtenergie, der von der Entladungslampe 105 eingeleitet wird, beschränkt bleibt, so daß keine Selbsterregungsschwingungen erzeugt werden. Ein Signal kann daher durch den Spiegel 103, wie in der Zeichnung durch den Pfeil 112 angedeutet ist, eintreten, da die Spiegel 103 und 102 teilweise durchlässig sind.So the minimum of the noise depends on the square root of the bandwidth, but not on the area of the reflectors 102, 103 at the pipe ends. The in FIG. The device shown in FIG. 3 can be used as an amplifier, which differs from a self-excitable transmitter, if the gain is limited. This is achieved in that the proportion of the light energy which is introduced by the discharge lamp 105 remains limited, so that no self-excitation oscillations are generated. A signal can therefore enter through the mirror 103, as indicated in the drawing by the arrow 112 , since the mirrors 103 and 102 are partially transparent.

Der Lichtstrahl, bezeichnet mit 112, verursacht angeregte Emission von Lichtenergie im Hohlkörper 101, die mit dem Eingangssignal bezüglich ihrer Phase, Frequenz und Fortpflanzungsrichtung kohärent ist. Die Verstärkung innerhalb des Hohlraumes ist im Hinblick auf die Fortpflanzungsrichtung und Frequenz weitgehend selektiv, so daß nur ein relativ schmaler Bereich existiert, in dem das Eingangssignal in der Vorrichtung verstärkt wird.The light beam, denoted by 112, causes stimulated emission of light energy in the hollow body 101, which is coherent with the input signal with regard to its phase, frequency and direction of propagation. The amplification within the cavity is largely selective with regard to the direction of propagation and frequency, so that only a relatively narrow area exists in which the input signal is amplified in the device.

Die Lichtausgangsgröße des Lichtverstärkers tritt durch die Spiegel 103 und 102, wie es die Pfeile 113 und 115 andeuten. Es können sowohl eine als auch beide Ausgangsgrößen benutzt werden, je nach dem speziellen Anwendungszweck oder dem System, in dem der Lichtverstärker Verwendung findet.The light output of the light amplifier passes through the mirrors 103 and 102, as indicated by the arrows 113 and 115. Either or both outputs can be used, depending on the particular application or system in which the light amplifier is used.

Ebenso wie in dem voranstehend besprochenen Lichtverstärker kann auch die in F i g. 3 dargestellte Anordnung als Sender verwendet werden. Dazu ist es allein erforderlich, die Wirksamkeit des Vorgangs oder den Verstärkungsgrad des Verstärkers bis zu dem Punkt zu steigern, bei dem selbsterregte Schwingungen erzeugt werden. Bei manchen Anwendungsgebieten kann es wünschenswert sein, das gleiche Gerät sowohl als Sender als auch als Verstärker zu verwenden, beispielsweise in zeitlichem Wechsel. Dies kann dadurch erreicht werden, daß beispielsweise die in der Entladungslampe 105 erzeugte Lichtenergie periodisch anwächst, um kurzzeitige selbsterregende Schwingungen zu erzeugen. Selbstverständlich kann das optische System durch andere optische Systeme ersetzt werden, ebenso können auch andere Anregungsprozesse, als die in F i g. 3 dargestellt sind, benutzt werden.As in the light amplifier discussed above, the one shown in FIG. 3 can be used as a transmitter arrangement. All that is necessary is to increase the effectiveness of the process or the gain of the amplifier to the point at which self-excited vibrations are generated. In some areas of application it may be desirable to use the same device both as a transmitter and as an amplifier, for example alternating over time. This can be achieved in that, for example, the light energy generated in the discharge lamp 105 increases periodically in order to generate brief, self-exciting oscillations. Of course, the optical system can be replaced by other optical systems, and other excitation processes than those in FIG. 3 can be used.

Da sich das in F i g. 3 dargestellte Gerät nicht wesentlich von dem vorher beschriebenen zylindrischen Nichtresonanzverstärker unterscheidet, kann der Resonanzverstärker nach F i g. 3 in einen Nichtresonanzverstärker durch Einbau von Diffusreflektoren an Stelle der Spiegel 102 und 103 umgewandelt werden.Since that is shown in FIG. 3 does not differ significantly from the previously described cylindrical non-resonance amplifier, the resonance amplifier according to FIG. 3 can be converted into a non-resonance amplifier by installing diffuse reflectors in place of mirrors 102 and 103 .

Anregung durch überlappende SpektrallinienExcitation through overlapping spectral lines

Bisher wurde die Anregung von Atomen durch Resonanzstrahlung behandelt.So far, the excitation of atoms by resonance radiation has been dealt with.

Die von einer Lampe emittierten Spektrallinien überlappen sich notwendig mit Frequenzen, die stark von gleichartigen Atomen in einem Lichtverstärker absorbiert werden. Jedoch sind, wie bereits bei der Behandlung der Anregung von Natrium erwähnt wurde, die Intensitäten der von der Lampe während des Zerfalls höherer Zustände spontan emittierten Linien sehr schwach. Eine Möglichkeit, eine starke Anregung für höhere Elektronenzustände zu erhalten, besteht in zufälliger Überlappung von hellen Emissions- ίο linien eines anderen Atoms.The spectral lines emitted by a lamp necessarily overlap with frequencies that are strongly are absorbed by like atoms in a light amplifier. However, as with the Treatment of the excitation of sodium was mentioned during the intensities of the lamp of the decay of higher states, lines emitted spontaneously are very weak. One way, one strong To obtain excitation for higher electron states, there is a random overlap of bright emission ίο lines of another atom.

Die Koinzidenzwahrscheinlichkeit zweier geeigneter Atomlinien ist klein. Innerhalb des sichtbaren und nahen ultravioletten Gebiets ist Platz für etwa drei hunderttausend Spektrallinien von Dopplerbreite, wobei nur eine geringe Überlappung vorliegt. Es gibt höchstens tausend brauchbare Resonanzübergänge geeigneter Atome und näherungsweise etwa dreißig helle Atomlinien, sie anzuregen. Damit liegt die Wahrscheinlichkeit einer guten Koinzidenz etwa bei 10%· Wenigstens sind drei mittelmäßig nahe Überlappungen bekannt.The coincidence probability of two suitable atomic lines is small. Within the visible and in the near ultraviolet area there is space for about three hundred thousand spectral lines of Doppler width, there is only a slight overlap. There are at most a thousand useful resonance transitions suitable atoms and approximately thirty bright atomic lines to excite them. With that lies the Probability of a good coincidence around 10% · At least three are moderately close overlaps known.

Überlappende AtomspektrallinienOverlapping atomic spectral lines

H6 (3 3P -> 2 3S) 3889 Ä * Cs (83P3/2 — 63Sl/2) 3889 Ä Zn 3303JÄ «* Na (4 2P1/2 ~ 32S1,*) 3303 ÄH 6 (3 P 3 -> 2 3 S) 3889 Ä * Cs (8 P 3 3/2 - 6 3 S l / 2) 3889 Ä Zn 3303JÄ "* Na (P 4 2 1/2 ~ 3 2 1 S , *) 3303 Ä

A 8521,4 Ä ^ Cs (6 2P3/2 — 62Sl/2) 8521,2 ÄA 8521.4 Ä ^ Cs (6 2 P 3/2 - 6 2 S l / 2 ) 8521.2 Ä

3535

Aber in keinem der Fälle ist die Überlappung so gut, daß eine hohe Anregungswirkung erreicht wird. Andererseits sind zahlreiche Beispiele für die Anregung von Molekülen durch benachbarte Atomlinien beobachtet worden.But in none of the cases is the overlap so good that a high excitation effect is achieved. On the other hand, numerous examples of excitation of molecules by neighboring atomic lines have been observed been.

Es gibt wenig Berichte über die Fluoreszenz vonThere are few reports of fluorescence from

Molekülen mit mehr als 2 Atomen. Deshalb sollen hier nur die zweiatomigen Moleküle betrachtet werden.Molecules with more than 2 atoms. Therefore only the diatomic molecules will be considered here.

Jeder Elektronenzustand eines 2atomigen MolekülsEvery electron state of a 2-atom molecule

ist aufgespalten in ungefähr fünfzig Schwingungs- 30 Torr Druck absorbiert den größeren Teil des Natriumzustände und jeder Schwingungszustand wiederum in
nahezu zweihundert Rotationszustände.
is split into about fifty vibrations. 30 Torr pressure absorbs the greater part of the sodium states and each vibrational state turns into
nearly two hundred rotational states.

Daher kann man im Durchschnitt mehr als hunderttausend Absorptionsübergänge von besetzten Zuständen in jedem Molekül erwarten.Therefore, on average, one can see more than a hundred thousand absorption transitions from occupied states expect in every molecule.

Wie erwartet, gibt es im allgemeinen mindestens eine Übereinstimmung einer hellen Atomspektrallinie mit irgendeinem Resonanzübergang eines vorliegenden Moleküls. Aus demselben Grund ist die Emission einer Entladung in einem molekularen Gas in viele schwache Linien aufgeteilt. Diese können im allgemeinen nicht durch eine Lampe von außen angeregt werden.As expected, there is generally at least one bright atomic spectral line match with any resonance transition of a molecule present. For the same reason, the emission is one Discharge in a molecular gas divided into many faint lines. In general, these cannot be excited from the outside by a lamp.

Materialien, die für Ultraviolettstrahlung unter 2000 Ä durchlässig sind, sind nicht verfügbar. Daher kann der vorstehend beschriebene Lichtverstärkungsvorgang nicht angewendet werden, d. h, die Anregung von einem hohen Elektronenzustand mittels der Emission des Lichtverstärkers zu einem Zwischenzustand, dessen Besetzung niedrig gehalten ist, ist wegen eines schnellen spontanen Zerfalls in einen Grundzustand nicht möglich. Demgegenüber ist durch die Eigenschaft der Moleküle ein anderer Mechanismus erforderlich und auch möglich, damit die Besetzung des tieferen Zustands geringer als die Besetzung eines höheren Zustandes gehalten werden kann. Dieser Mechanismus besteht in der Löschung der Besetzung der tiefen Zustände durch Stöße.Materials that are transparent to ultraviolet radiation below 2000 Å are not available. Therefore the above-described light amplification process cannot be used; h, the suggestion from a high electron state by means of the emission of the light amplifier to an intermediate state, whose occupation is kept low is due to rapid spontaneous disintegration into one Basic state not possible. On the other hand, there is a different mechanism due to the properties of the molecules required and also possible so that the occupation of the lower state is less than the occupation of a higher state can be maintained. This mechanism consists in the cancellation of the occupation of the deep states due to shocks.

Um diesen Vorgang zu verdeutlichen, sei das Molekül J2 betrachtet (s. F i g . 4).To illustrate this process, consider the molecule J 2 (see Fig. 4).

Die erste Linie der Natrium Hauptserie bei 5893 Ä stimmt überein mit einer der zahlreichen Absorptionslinien des Jodmoleküls. Der in Frage stehende Übergang verläuft von einem Rotationssubzustand des ν = 2-Schwingungszustand des elektronischen Grundzustands [Eg) The first line of the main sodium series at 5893 Å coincides with one of the numerous absorption lines of the iodine molecule. The transition in question runs from a rotational sub -state of the ν = 2 vibrational state of the electronic ground state [Eg)

von den [Eg j-Zuständen sind im thermischen Gleichgewicht bei Zimmertemperatur (s. unterer rechter Teil der Fig. 4) gut besetzt, während ν = 7 des [Eg )-Zustands weniger als 1 % der Besetzung hatof the [Eg j states are well populated in thermal equilibrium at room temperature (see lower right-hand part of FIG. 4), while ν = 7 of the [Eg ) state has less than 1% of the population

und ν = 17 des (3 πο )-Zustands völlig leer ist.and ν = 17 of the (3 πο) -state is completely empty.

Eine 1 cm dicke Schicht von J2-Dampf bei einigen : den größeren Teil des Natriumlichtes und hebt die J2-Moleküle in den höheren Zustand mit einer GeschwindigkeitA 1 cm thick layer of I 2 vapor on some: the greater part of the sodium light and lifts the I 2 molecules into the higher state at one speed

an _ P verfügbaravailable at _ P

at~~ Tv 'at ~~ Tv '

wobei Pverfügbar die Lichtstärke einer äußeren Lampe ist, die das Medium anregt.where Pavailable is the intensity of an external lamp that excites the medium.

Bei Abwesenheit von Lichtverstärkung zerfallen die Atome mit einer GeschwindigkeitIn the absence of light amplification, the atoms decay at one rate

d« = tih [γc + EA (alle anderen Zustände)] wobeid «= tih [γc + EA (all other states)] where

EA = spontane Strahlungszerfallsgeschwindigkeit, Yc = Abnahmegeschwindigkeit durch Löschungsstöße mit anderen Jj-Molekülen (Löschungsstöße). EA = spontaneous rate of radiation decay, Yc = rate of decrease due to extinguishing collisions with other Jj molecules (extinguishing collisions).

Der Wirkungsquerschnitt für diese Zusammenstöße ist sehr groß, da viele J2-Zustände energetisch nahe beisammen liegen. Ungefähr 5% der Moleküle zerfallen nach ν = 7 des [Eg )-Zustands.The cross-section for these collisions is very large, since many J 2 states are energetically close together. About 5% of the molecules decay after ν = 7 of the [Eg ) state.

Nach dem gleichen Zerfallsverfahren betragen die Geschwindigkeiten der Besetzungsänderungen der höheren bzw. niederen Energiestufen im dynamischen GleichgewichtFollowing the same disintegration process, the rates of change in occupation are the higher or lower energy levels in dynamic equilibrium

4545

5555 dtGerman

dm
"dT
dm
"dT

verfügbaravailable

TiTi

— «A (ye + ΣA), - «A (ye + ΣA),

undand

«a =«A =

^verfügbar^ available

zu dem Subzustand ν = 17 des (s^oj-Zustands des Jodmoleküls J =30. Die ν — 2 to the sub -state ν = 17 of the (s ^ oj-state of the iodine molecule J = 30. The ν - 2

Es ist zu betonen, daß die Atome von ν = 7 des )-Zustands nur durch Löschungsstöße nach anderenIt should be emphasized that the atoms of ν = 7 of the) -state only through collisions with extinguishing after others

Subzuständen des Elektronengrundzustands gebracht werden können. Denn wenn der J2-Dampfdruck (5 Torr) so ist, daßSub-states of the electronic ground state can be brought. Because when the J 2 vapor pressure (5 Torr) is such that

seits steigert die erforderliche Beleuchtungsintensität Iverfügbar für einen von außen angeregten Resonanzlichtverstärker. on the other hand, the required illumination intensity Iavailable for an externally excited resonance light amplifier increases.

aR — hvlAaR - hvlA

Σι Ah f*t 20 · A Qi -> /) *v 107 see, Σι A h f * t 20 A Qi -> /) * v 107 see,

20 > 1 ,20> 1,

dann ist
rih
m
then
rih
m

und das ist für eine Lichtverstärkung notwendig.and that is necessary for light amplification.

Die weitere Analyse entspricht weitgehend der für den Lichtverstärkungsübergang des Na (6P -> 4S).The further analysis largely corresponds to that for the light amplification transition of Na (6P -> 4S).

Die darin eingeschlossenen Werte sind nicht sehr unterschiedlich, so ist bei einer Lichtverstärkungsröhre von 1 cm Durchmesser und 100 cm Länge die erforderliche Na (5893 Ä) Intensität einer die Röhre einhüllenden Entladungslampe.The values included are not very different, as is the case with a light amplification tube 1 cm in diameter and 100 cm in length, the required Na (5893 Å) intensity of the tube enveloping discharge lamp.

/ > ΙΟ-3 Watt/cm2 · Raumwinkel,/> ΙΟ- 3 watt / cm 2 solid angle,

wobei der von einer Ebene ausgehende Raumwinkel beträgt. Wie bereits gesagt, kann die Intensität der ersten Linie der Hauptserie des Natriums leicht größer als 0,1 Watt je Quadratzentimeter Raumwinkel sein, wobei ein Faktor 100 gespart wird.where the solid angle starting from a plane is . As already said, the intensity of the first line of the main series of sodium can easily be greater than 0.1 watt per square centimeter of solid angle, saving a factor of 100.

Aus obiger Erklärung kann ersehen werden, daß zwar ein erfindungsgemäßer Lichtverstärker dadurch konstruiert werden kann, daß die Lichtenergie einer Substanz zur Anregung einer anderen Substanz mit einer benachbarten Spektrallinie verwendet wird, die bekannten Kombinationen monoatomarer Substanzen naheliegender Koinzidenzen jedoch nicht vielversprechend sind.From the above explanation it can be seen that although a light amplifier according to the invention thereby Can be constructed that the light energy of a substance to excite another substance with an adjacent spectral line is used, the known combinations of monoatomic substances obvious coincidences are not promising.

Andererseits ermöglichen die weitgehende Übereinstimmung einer Atomlinie mit einem Resonanzübergang eines Moleküls sehr häufig einen hohen Grad der Übereinstimmung, der dazu geeignet ist, als Anregungsprozeß in einem erfindungsgemäßen Lichtverstärker Anwendung zu finden.On the other hand, they enable a large degree of correspondence between an atomic line and a resonance transition of a molecule very often has a high degree of correspondence that is suitable as To find excitation process in a light amplifier according to the invention application.

Ein Beispiel einer derartigen Überlappung, die als Anregungsvorgang brauchbar ist, ist die Überlappung der ersten Linie der Hauptserie des Natriums bei λ s» 5893 Ä mit einer der Absorptionslinien des Jodmoleküls. An example of such an overlap, which can be used as an excitation process, is the overlap of the first line of the main series of sodium at λ s >> 5893 Å with one of the absorption lines of the iodine molecule.

Die Konstruktion eines Lichtverstärkers nach diesem Anregungsprinzip ist im wesentlichen ähnlich den bereits beschriebenen bis auf den Unterschied, daß die Anregungslampe eine Natriumentladungslampe ist, während als Arbeitsmedium im Hohlkörper Joddampf verwendet wird.The construction of a light amplifier based on this excitation principle is essentially similar to the already described except for the difference that the excitation lamp is a sodium discharge lamp while iodine vapor is used as the working medium in the hollow body.

Flüssige oder feste ArbeitssubstanzenLiquid or solid working substances

Die Linienbreite A ν von Strahlungsübergängen von Ionen, Atomen oder Molekülen in Flüssigkeiten oder festen Körpern, ist im allgemeinen recht breit wegen der ständigen starken Wechselwirkung mit benachbarten Atomen. Die ununterbrochene Phasenlebensdauer istThe line width A ν of radiation transitions from ions, atoms or molecules in liquids or solids is generally quite wide because of the constant strong interaction with neighboring atoms. The continuous live life is

π Avπ Av

2 ■ ΙΟ-13 sec 2 ■ ΙΟ- 13 sec

in einem speziellen Fall, während die Zeit des spontanen Strahlungszerfalls lang ist: T1 > 10~8 see.in a special case, while the time of the spontaneous radiation decay is long: T 1 > 10 ~ 8 see.

Der Erfolg ist, daß die Dichte der angeregten Atome, Ionen usw., die für die Schwingung des Lichtverstärkers erforderlich sind, anwächst. Dies seiner- 'verfügbar —·The success is that the density of excited atoms, ions, etc., which are required for the oscillation of the light amplifier, increases. This his- 'available-

wobei L der mittlere Abstand zwischen den Reflektoren für den Spezialfall eines kugelförmigen Hohlraumes ist. Der Linienfaktor / (v0) mißt die Leichtigkeit der Einleitung des Übergangs für eine Fluoreszenzlinie von der Breite Av.
Der Linienfaktor ist
where L is the mean distance between the reflectors for the special case of a spherical cavity. The line factor / (v 0 ) measures the ease of initiation of the transition for a fluorescence line of width Av.
The line factor is

/(V0) =/ (V 0 ) =

π Δ νπ Δ ν

für eine Lorentzlinie und ist angenähert dasselbe für andere Linien. Die am stärksten verdichteten Systeme erfordern einen hohen Energieeingang, um eine Lichtverstärkung anzuregen.for a Lorentz line and is approximately the same for other lines. The most densely packed systems require high energy input to stimulate light amplification.

Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, daß die Anregungen in Festkörpern oder Flüssigkeiten im allgemeinen durch »nichtstrahlende« Vorgänge gelöscht werden. Demnach sollte man Substanzen verwenden, die mit hoher Quantenausbeute fluoreszieren. Einige Substanzen, die die energiereiche Na-(5893 Ä)-Linie absorbieren und wirksam fluoreszieren sind Merveyaminfarben, Fluoreszin, Meld oder blau und Rhodamin »B«. Besser sind gewisse Substanzen, bei denen die Elektronen die an der Anregung teilnehmen, in inneren Elektronenschalen der betreffenden Atome oder Ionen liegen und gegenüber Störungen von außen abgeschirmt sind. Derartige Substanzen, z. B. Porphyrine, Rubine und seltene Erden, haben wesentlich schmalere Linien.Another difficulty is that the excitations in solids or liquids in general can be deleted by "non-radiating" processes. Accordingly, one should use substances which fluoresce with a high quantum yield. Some substances that have the high-energy Na (5893 Ä) line absorb and fluoresce effectively are merveyamine colors, fluorescein, meld or blue and rhodamine "B". Certain substances in which the electrons that participate in the excitation are in are better inner electron shells of the atoms or ions in question and oppose external interference are shielded. Such substances, e.g. B. Porphyrins, rubies and rare earths, have essential narrower lines.

Die Verwendung polykristalliner Festkörper hat Brechung und Reflexion einer Lichtwelle an den Kristallgrenzflächen zur Folge, was die verlustfreie wiederholte Reflexion einer Welle, zwischen den Verstärkerreflektoren verhindert. Um dies zu vermeiden, könnte man einen Rubineinkristall verwenden.The use of polycrystalline solids has refraction and reflection of a light wave at the Crystal interfaces result in the lossless repeated reflection of a wave between the Amplifier reflectors prevented. To avoid this, one could use a ruby single crystal.

Die durch die Verwendung von Festkörpern und Flüssigkeiten als Arbeitsmedium bedingten Schwierigkeiten können durch den Gebrauch von beispielsweise Ionen der seltenen Erde Eu+++ in einer flüssigen Lösung verringert werden. Die Subzustände des Drehmoments der beiden ersten Elektronenzustände sind in F i g. 5 dargestellt.The induced by the use of solids and liquids as a working medium difficulties can be alleviated by the use of, for example, ions of the rare-earth Eu + ++ in a liquid solution. The sub-states of the torque of the first two electron states are shown in FIG. 5 shown.

Die J-Subzustände sind noch in weitere Zustände aufgespalten, und eine Komponente des J' = 0 -> J" = 1-Übergangs überdeckt die Na-5893-Ä-Linie. Die höheren J-Zustände gehen schnell in die beiden tiefsten J-Zustände (y sa 1,5 · 1012/sec) durch Löschung über, aber Übergänge zwischen den höheren und tieferen Elektronenzuständen ereignen sich nur bei Strahlungsemission mit der langsamen »verbotenen« Geschwindigkeit}/ sa 103/sec im Falle des Europiumsulfats in Wasser.The J sub-states are split into further states, and a component of the J '= 0 -> J "= 1 transition covers the Na-5893-line. The higher J-states go quickly into the two deepest J- States (y sa 1.5 · 10 12 / sec) by deletion over, but transitions between the higher and lower electron states occur only with radiation emission at the slow "forbidden" speed} / sa 10 3 / sec in the case of europium sulfate in water .

Die Ionen können durch die Strahlung des Natriums in J' = 0 angeregt werden und zerfallen nach einem der J"-Zustände. Die beiden stärksten Fluoreszenzübergänge bei X = 8110 Ä und 6881 Ä sind für einen Lichtverstärker mit einem flüssigen Arbeitsmedium geeignet.The ions can be excited by the radiation of sodium in J '= 0 and decay according to one of the J "states. The two strongest fluorescence transitions at X = 8110 Å and 6881 Å are suitable for a light amplifier with a liquid working medium.

Die J-Löschungswechselwirkung bewirkt eine Linienbreite von Av ^ S- 1011 Hz oder Al & 6 Ä. Die Linienbreite ist viel kleiner als die anderer konden-The J-cancellation interaction causes a line width of Av ^ S- 10 11 Hz or Al & 6 Å. The line width is much smaller than that of other condensate

■ ^ 409 638/164■ ^ 409 638/164

sierter fluoreszierender Substanzen, aber im Vergleich zu Spektrallinien, die von Atomen bei Entladung unter geringem Druck (Δλ ^ 0,01 Ä) sehr breit. Daher kann man die Energie der Na-Entladungslampe künstlich vergrößern, um die notwendige Energie zu erhalten, ohne sich um eine Veränderung der Linienbreite sorgen zu müssen.ized fluorescent substances, but very broad compared to the spectral lines of atoms when discharged under low pressure (Δλ ^ 0.01 Å). Therefore, one can artificially increase the energy of the Na discharge lamp in order to obtain the necessary energy without having to worry about changing the line width.

Die erforderliche Beleuchtungsintensität ist durch die obige Gleichung Iverfügbar gegeben und liegt zwischen 0,1 und 1,0 Watt je Zentimeter Raumwinkel.The required illumination intensity is given by the above equation ver fügbar I and is between 0.1 and 1.0 watts per centimeter solid angle.

Eine handelsübliche Lampe mit verbreiterten und umgekehrten Natriumlinien emittiert gerade mit dieser Intensität.A commercial lamp with broadened and inverted sodium lines emits just with this Intensity.

Wenn bei speziellen Verwendungszwecken ein verdichtetes Arbeitsmedium, wie z. B. eine Flüssigkeit gebraucht werden soll, so kann eine solche Arbeitssubstanz in einem Hohlkörper nach F i g. 3 verwendet werden. Ein Beispiel einer solchen Arbeitssubstanz ist Europiumsulfat in Wasser. Die Anregung kann mittels einer Natriumentladungslampe, ähnlich einem der so handelsüblichen Typen vorgenommen werden, bei einer Verbreiterung der Natriumlinie auftritt und die mit einer Intensität zwischen 0,1 und 1,0 Watt je Quadratzentimeter Raumwinkel strahlt.If, for special purposes, a compressed working medium, such as. B. a liquid is to be used, such a working substance can be placed in a hollow body according to FIG. 3 used will. An example of such a working substance is europium sulfate in water. The excitation can be by means of a sodium discharge lamp, similar to one of the commercially available types a broadening of the sodium line occurs and that with an intensity between 0.1 and 1.0 watts each Square centimeter solid angle shines.

Es soll betont werden, daß die besprochenen An- »5 regungsformen wie z. B. durch Resonanzstrahlung usw. im allgemeinen sowohl bei Nichtresonanz als auch bei Resonanzlichtverstärkern anwendbar sind. Dasselbe gilt auch für die erwähnten Arbeitsmedien.It should be emphasized that the discussed conditions forms of stimulation such as B. by resonance radiation etc. in general both in non-resonance as can also be used with resonance light amplifiers. The same also applies to the working media mentioned.

Claims (7)

30 Patentansprüche:30 claims: 1. Lichtsender oder -verstärker für möglichst monochromatische Ausstrahlung mittels selektiver Fluoreszenz, bei dem Atome, Ionen und Moleküle durch Wechselwirkung mit Photonen oder Partikeln in der Weise angeregt werden, daß eine kurzzeitige Übersetzung höherer Energiestufen im selektiv fluoreszenten Medium zustande kommt, wobei die Anregung der Atome, Ionen oder Moleküle in der Art einer Fluoreszenzstrahlung in dem gleichen Raum erfolgt, von dem die zu erzeugende Strahlung ausgeht, die sich im Falle des Lichtsenders über die spontane stimulierende Strahlung ausbildet, für die zum Ausgleich des thermodynamischen Unlgeichgewichts allein die selbständige Rückkehr in eine normale Energieverteilung maßgebend ist, wohingegen im Falle des Lichtverstärkers die Rückkehr in die normale Energieverteilung mittels einer von außen einwirkenden, auf den Energiesprung abgestimmten stimulierenden Strahlung ausgelöst wird, so daß diese stimulierende Strahlung in jedem Fall weit- i gehend monochromatisch und kohärent verstärkt wird, wobei der Reaktionsraum des selektiv fluoreszenten Mediums teils zum Sammeln optischer Energie, teils zur Ausbildung stehender Wellen zwischen gegenüberliegenden reflektierenden Flächen ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise hohl ausgebildete Reaktionsraum lediglich teilweise mit reflektierenden Oberflächen (11) versehen ist, die zwecks Zusammenfassung der Strahlung eine nach innen konvergierende Reflexion ergeben, wobei dieser Reaktionsraum zumindest ein Austrittsfenster (14) für die stimulierte Strahlung aufweist.1. Light transmitter or amplifier for as monochromatic radiation as possible by means of selective fluorescence, in which atoms, ions and molecules are excited by interaction with photons or particles in such a way that a brief translation of higher energy levels occurs in the selectively fluorescent medium, with the excitation of the Atoms, ions or molecules in the manner of fluorescent radiation takes place in the same space from which the radiation to be generated emanates, which in the case of the light transmitter is formed via the spontaneous stimulating radiation, for which only the independent return into one to compensate for the thermodynamic imbalance normal power distribution is essential, whereas in the case of the optical amplifier back to the normal energy distribution by means of a force acting from the outside, to the energy gap tuned stimulating radiation is initiated, so that this stimulating radiation in any case, far-i continuously monochromatisc h and is coherently amplified, the reaction space of the selectively fluorescent medium being used partly to collect optical energy and partly to form standing waves between opposing reflective surfaces, characterized in that the preferably hollow reaction chamber is only partially provided with reflective surfaces (11) which result in an inwardly converging reflection for the purpose of combining the radiation, this reaction space having at least one exit window (14) for the stimulated radiation. 2. Lichtsender oder -verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum von einer ihn konkav umgebenden Kugelfläche (11) begrenzt ist, die wenigstens eine Auslaßöffnung (14) für die stimulierte Strahlung und vorzugsweise eine gesonderte Einlaßöffnung (15) für das anregende Licht besitzt.2. Light transmitter or amplifier according to claim 1, characterized in that the reaction space is limited by a concave spherical surface (11) surrounding it, the at least one outlet opening (14) for the stimulated radiation and preferably a separate inlet opening (15) for the stimulating Owns light. 3. Lichtsender oder -verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das selektiv fluoreszente Medium Ionen einer seltenen Erde enthält.3. Light transmitter or amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the selective fluorescent medium contains rare earth ions. 4. Lichtsender oder -verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als seltene Erde Europium verwendet wird.4. light transmitter or amplifier according to claim 2, characterized in that as a rare earth Europium is used. 5. Lichtsender oder -verstärker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als selektiv fluoreszentes Medium ein molekulares Gas verwendet wird und das in den Reaktionsraum eingestrahlte Anregungslicht aus einer Gasentladungslampe (24, 105) stammt, die einatomigen Dampf enthält.5. Light transmitter or amplifier according to one of claims 1 and 2, characterized in that a molecular gas is used as the selectively fluorescent medium and the excitation light radiated into the reaction chamber comes from a gas discharge lamp (24, 105) which contains monatomic vapor. 6. Lichtsender oder -verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das selektiv fluoreszente Medium des Reaktionsraumes ein Rubinkristall ist.6. Light transmitter or amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the selective The fluorescent medium of the reaction space is a ruby crystal. 7. Lichtsender und -verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das selektiv fluoreszente Medium im Reaktionsraum aus einer Europium enthaltenden Lösung besteht, wobei das in den Reaktionsraum eingestrahlte Anregungslicht aus einer Entladungslampe (24, 105) stammt, die Natriumdampf enthält.7. Light transmitter and amplifier according to claim 4, characterized in that the selectively fluorescent medium in the reaction chamber consists of a solution containing europium, the excitation light radiated into the reaction chamber originating from a discharge lamp (24, 105) containing sodium vapor. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: österreichische Patentschrift Nr. 132 192;Austrian Patent No. 132 192; USA.-Patentschrift Nr. 2 851 652;U.S. Patent No. 2,851,652; Zeitschrift für angewandte Physik, Bd. 10, 1958, .480 bis 488;Journal of Applied Physics, Vol. 10, 1958, .480 to 488; Physical Review, Bd. 112, Nr. 6 vom 15. 12. 1958, . 1940 bis 1949.Physical Review, Vol. 112, No. 6 of December 15, 1958,. 1940 to 1949. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 409 638/164 7.64 © Bundesdruckerei Berlin409 638/164 7.64 © Bundesdruckerei Berlin
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