DE1194494B

DE1194494B - Steuerung oder Modulation eines optischen Senders oder Verstaerkers

Info

Publication number: DE1194494B
Application number: DEU10156A
Authority: DE
Inventors: Anthony Joseph Demaria
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1967-06-15
Filing date: 1963-09-24
Publication date: 1965-06-10
Also published as: FR1371533A; US3566303A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIs

Deutsche Kl.: 2If-90

Nummer: 1194494

Aktenzeichen: U10156 VIII c/21 f

Anmeldetag: 24. September 1963

Auslegetag: 10. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung oder Modulation eines Senders oder Verstärkers, dessen selektiv fluoreszentes Medium in einem durch zwei Reflektoren begrenzten optischen Resonator angeordnet ist, in welchem zumindest ein Teil des optischen Mediums in seinem Brechungsindex steuerbar ist.

Die Erfindung befaßt sich im besonderen mit der Steuerung der selektiven Fluoreszenz optischer Sender durch einen zeitlich veränderlichen Brechungsindex in dem optischen Resonator nach Perot- ίο Fabry. Erfindungsgemäß wird der Brechungsindex des Resonatorraumes oder eines Teiles davon mittels Ultraschall gesteuert. Eine Möglichkeit, solche zeitlich veränderlichen Brechungsindizes zur Verfügung zu haben, besteht darin, zwischen die reflektierenden Endplatten des optischen Resonators eine Ultraschallzelle einzusetzen und Ultraschallenergie durch die Zelle hindurchzulassen. Dann tritt in der Zelle entweder Brechung oder Beugung auf. Das hängt von dem Verhältnis zwischen der Breite des kohärenten Lichtstrahles in dem optischen Resonator des optischen Senders und der Wellenlänge des Ultraschalles ab, der durch die Ultraschallzelle hindurchgeht. Wenn die Breite des kohärenten Lichtstrahles W wesentlich kleiner ist als die Ultraschallwellenlänge λ*, so tritt Brechung auf. Wenn die Breite des kohärenten Lichtstrahles W größer als die Wellenlänge des Ultraschalles ist, so tritt Beugung auf. Je nach den Verhältnissen zwischen der Breite des kohärenten Lichtstrahles in dem optischen Resonator des optisehen Senders der Wellenlänge der Schallwelle in der Ultraschallzelle und den Reflektoren läßt sich nun auf Grund der Erfindung der optische Ausgang so steuern, daß die zufälligen Lichtemissionen mancher optischer Sender vermieden werden, der kohärente Lichtstrahl mit der Ultraschallfrequenz synchronisiert ist, weiterhin so, daß die Strahlung mancher optischer Sender amplitudenmoduliert ist, oder aber so, daß man einen einzigen Impuls sehr hoher Leistung aus dem optischen Sender erhält. Es ist auch möglich, den optischen Sender so zu steuern, daß er für Abtastzwecke verwendet werden kann.

Ziel der Erfindung ist demnach ein Steuersystem für einen optischen Sender, mit dem die kohärente Strahlung durch Ultraschall moduliert und gesteuert wird. Die Strahlung des optischen Senders wird dadurch über Brechung oder Beugung der kohärenten Lichtstrahlung in dem optischen Resonator des optischen Senders durch die Verwendung eines zeitlich veränderlichen Brechungsindex in dem Gegenkopplungspfad des optischen Senders gesteuert. Die kohärente Strahlung wird über eine Wechselwirkung Steuerung oder Modulation eines optischen
Senders oder Verstärkers

Anmelder:

United Aircraft Corporation, East Hartford,

Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:
Anthony Joseph DeMaria,
West Hartford, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Oktober 1962 (228 969), vom 16. April 1963 (273 514)

mit dem Ultraschall unterbrochen, die zur Brechung oder zu einer Beugung führt. Dadurch ist es möglich, als kohärente Strahlung Impulse von außerordentlich hoher Amplitude zu erhalten. Das wird durch die Verwendung einer reflektierenden Oberfläche erreicht, die in einem spitzen Winkel zur Achse des optischen Senders angeordnet ist, und durch eine Ultraschallzelle, die in dem optischen Resonator des optischen Senders angeordnet ist und dazu dient, die kohärente Strahlung zu brechen. Weiterhin können Ultraschallzellen dafür verwendet werden, den optischen Ausgang abzulenken, so daß ein Abtastsystem entsteht. Der optische Ausgang kann mit Ultraschall getastet werden, so daß es möglich ist, zwei flache Platten parallel aufeinander auszurichten oder zwei Platten daraufhin zu untersuchen, inwieweit sie parallel zueinander angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Steuersystem, durch das der Ausgang eines optischen Senders für stetigen Betrieb durch Ultraschall getastet oder amplitudenmoduliert werden kann. Die Impulswiederholungsfrequenz ist dann durch die optische Intensität der Anregungslichtquelle und durch die Ultraschallfrequenz bestimmt. Schließlich ist noch ein Steuersystem Ziel der Erfindung, mit dem man den Ausgang eines optischen Senders entweder frequenzmodulieren oder als amphtudenmodulierte Frequenzmodulation durchführen kann.

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Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit selektiv fluoreszente Medium 2 ist ein üblicher Rubin,

den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. Er ist allerdings nur an seinem einen Ende mit dem

Fig. 1 zeigt das Steuersystem nach der Erfindung; üblichen reflektierenden Überzug oder Spiegel 12

in dem Steuersystem ist eine Ultraschallzelle zwischen versehen, während sein anderes Ende frei gelassen

das selektiv fluoreszente Medium und eine reflektie- 5 worden ist. Der Spiegel, der sonst üblicherweise auf

rende Oberfläche eingesetzt, so daß der Ausgang dem nun freiliegenden Ende angebracht ist, ist nach

optischen Senders getastet werden kann; außen bis zum Punkt 14 verschoben. Am Punkt 14

Fig. la zeigt eine andere Ausführungsform der steht dieser Spiegel parallel zu dem Spiegel 12 und

Anordnung aus Fig. 1, in der das selektiv ist auf die Achse des Rubins und seine unverspiegelte

fluoreszente Medium die Ultraschallzelle und der io Stirnfläche ausgerichtet. Es ist günstig, wenn der

Außenspiegel aneinanderstoßen; Spiegel 14 stärker reflektiert als der Spiegel 12.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1, in dem Zwischen die unverspiegelte Stirnfläche des Rubins gezeigt ist, wie der kohärente Lichtstrahl in dem und dem Spiegel 14 ist eine Ultraschallzelle 16 einoptischen Resonator des optischen Senders durch gesetzt, so daß sich die Zelle 16 in dem optischen Ultraschall gebrochen wird; 15 Resonator des optischen Senders befindet. Die Zelle

F i g. 3 ist ein Diagramm und zeigt, wie die Ultra- 16 ist mit einem Bariumtitanatschallgeber und

schallwelle und die kohärente Lichtimpulse in der einem Bariumtitanatempfänger 21 ausgerüstet. Außer-

Anordnung nach F i g. 1 zueinander angeordnet und dem enthält die Zelle Alkohol 20. Die Zelle 16 be-

miteinander synchronisiert sind; sitzt lichtdurchlässige Fenster 22, durch die das

Fig. 4 ist eine Abänderung der Anordnung nach 20 kohärente Ausgangslicht hindurchlaufen kann. Der

Fig. 1, in der Ultraschall unmittelbar durch das Ultraschallgeber 18 wird von einem Oszillator 24

selektiv fluoreszente Medium hindurchgeschickt wird; angetrieben, damit er an die Alkoholflüssigkeit 20

Fig. 5 zeigt ein Ultraschallsteuersystem für opti- Ultraschallfrequenz abgeben kann. Das Ausgangs-

sche Sender, mit dem ein oder auch mehrere große signal von dem Ultraschallempfänger 21 wird dem

Ausgangsimpulse erzeugt werden; 25 Oszillator 24 wieder zugeführt, so daß sich für den

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ultraschallsteuersystem Oszillator eine positive Mitkopplung ergibt. Die

für optische Sender; mit diesem Steuersystem kann Ultraschallzelle 16 wird gemeinsam mit den Energie-

man den kohärenten Lichtstrahl nach den verschie- quellen zur Anregung des Rubins 2 angeregt. In der

densten Mustern abtasten lassen; Beschreibung ist die Ultraschallquelle 16 für stehende

Fig. 7 zeigt ein Ultraschallsteuersystem für opti- 30 Schallwellen eingerichtet. Es ist aber auch möglich, sehe Sender, mit dem man dem optischen Ausgang eine Zelle zu benutzen, in der der Ultraschall weitereine reine Frequenzmodulation oder amplituden- wandert,
modulierte Frequenzmodulation aufprägen kann; In der Anordnung nach Fig. 1 sind die Bauteile

F i g. 8 ist ein Ultraschallsteuersystem für optische so ausgewählt, daß die Breite W des kohärenten

Sender, mit dem sich der optische Ausgang ampli- 35 Lichtstrahls in dem optischen Resonator des Rubins 2

tudenmodulieren läßt; wesentlich schmaler als die Wellenlänge λ* der

Fig. 8a ist eine Abänderung der Anordnung aus Schallwelle in der Ultraschallzelle ist. Das Verhältnis

Fig. 8; sie dient dazu, die Amplitude bei einer festen W: λ* beträgt etwa ein Viertel oder weniger. Wenn

Frequenz zu modulieren; die Breite des kohärenten Lichtstrahles in dem opti-

F i g. 9 zeigt eine Ultraschall-Beugungsverteilung, 40 sehen Resonator des Rubins 2 wesentlich kleiner als

die durch die Anordnungen nach F i g. 7 und 8 er- die Wellenlänge λ* des Ultraschalls ist, so wird der

zeugt worden ist; Lichtstrahl bei dem Hindurchlaufen durch das Ultra-

F ig. 10 zeigt, wie sich die Intensität der Beugungs- schallfeld in der Zelle 16 hin und her gebrochen,

verteilung mit der Ultraschallenergie ändert; Diese Brechung erfolgt sinusförmig. Der dabei auf-

F i g. 10 a zeigt den Synchronismus zwischen dem 45 tretende Ablenkwinkel läßt sich durch folgende Glei-

optischen Ausgang und der Ultraschallwelle für eine chung ausdrücken:

Betriebsart der Anordnung nach Fig. 8. 2nAuL

Sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt, wird die sin Θ = ^ cos 2π/* t. Gleichung 1

vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem

optischen Rubinsender oder Verstärker und einer 50 In dieser Gleichung bedeutet Δ μ die Maximalände-

Flüssigkeits - Ultraschallzelle beschrieben. Es soll rung des Brechungsindex in der Zelle auf Grund des

aber bereits hier bemerkt werden, daß für die Erfin- Ultraschalls, L die Weglänge des Lichtes durch das

dung jede Art eines optischen Senders oder Ver- Schallfeld, /* die Ultraschallfrequenz und t die Zeit,

stärkers und jede Art von Ultraschallzelle geeignet In der Fig. 2, die eine vereinfachte und schemati-

ist, sei die Ultraschallzelle eine Flüssigkeitszelle, eine 55 sierte Darstellung der Anordnung aus der F i g. 1 ist,

Gaszelle oder ein fester Körper. Ebenso soll bemerkt ist nun gezeigt, wie die kohärente Strahlung gebrochen

werden, daß es auch möglich ist, den Ultraschall wird. Wenn also der Rubin 2 angeregt wird, dann

unmittelbar durch das selektiv fluoreszente Medium läuft ein ausgesandter Lichtstrahl durch das Ultra-

des optischen Senders hindurchzuschicken. schallfeld hindurch und tastet den Spiegel 14 ab.

In der F i g. 1 ist zusammen mit einem optischen 60 Wenn der Ablenkwinkel Θ groß ist, so wird der an Rubinsender 2 eine Anregungslichtquelle 4 gezeigt, dem Spiegel reflektierte Lichtstrahl von dem Rubin 2 die mit einer Gleichstromquelle 6 und einer Konden- weggerichtet. Dieser Energieverlust verhindert, daß satorbatterie 8 verbunden ist. Weiterhin ist für die bei diesen Winkern eine Lichtverstärkung auftritt. Entladungslampe 4 eine Auslöseschaltung 10 vorge- Wenn jedoch der Ablenkwinkel Θ Null oder fast Null sehen. Die Lampe 4 und die ihr zugeordneten Bau- 65 ist, wird die einfallende Energie von dem Spiegel 14 teile stellen eine übliche Anordnung dar, wie sie zum in den Rubin 2 wieder zurückreflektiert oder ihm Anregen bei optischen Sendern verwendet wird. Sie wieder zugeführt, so daß eine Lichtverstärkung aufsind kein Teil der vorliegenden Erfindung. Das tritt. Da der Winkel Θ in jeder Periode der Ultra-

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schallwelle zweimal durch Null hindurchgeht, tritt sich auch erreichen, wenn der Spiegel 14 zu dem die selektive Fluoreszenz mit einer Impulswieder- Spiegel 12 nicht mehr parallel ist, d. h. wenn der holungsfrequenz von 2/* auf. Diese Zusammenhänge Spiegel 14 mit der Achse des Rubins 2 einen spitzen sind in der F i g. 3 gezeigt. Zusätzlich können nun, Winkel bildet. Wenn man den Spiegel 14 auf diese wie in der Fig. la gezeigt ist, die Bauteile der An- 5 Weise anordnet, wird das Tasten des Rubins 2 über Ordnung ganz nahe zusammengebracht werden, um einen großen Bereich von optischen Anregungsinten-Verluste zu reduzieren. Die Zelle 16 stößt daher un- sitäten mit einer Ultraschallfrequenz /* erzwungen, mittelbar gegen die unverspiegelte Stirnfläche des Es stellt sich dabei ein festes Phasenverhältnis Rubins 2 an, und auch der Spiegel 14 ist unmittelbar zwischen der Ultraschallfrequenz und den Lichtan der Zelle 16 angebracht. Wählt man diesen Auf- io schwingungen ein. Messungen ergaben, daß eine Abbau, so ist es günstig, wenn das Ultraschallmedium in weichung von 6 Minuten von der Parallelität zwischen der Zelle 16 und das selektive fluoreszente Medium den Spiegeln 12 und 14 eine Phasenverschiebung der des Rubins in ihrem Brechungsindex übereinstimmen. Lichtimpulse bezüglich der Ultraschallwellenform Für dieses Ultraschall-Modulationsverfahren sind nur von 90° ergab.

einige wenige Watt an Ultraschallenergie nötig. So 15 Nun soll auf die F i g. 4 Bezug genommen werden, war es beispielsweise möglich, einen 5 cm langen Die Teile, die in der F i g. 4 mit den Teilen aus der Rubin, der einen Durchmesser von 0,6 cm aufwies, Fig. 1 übereinstimmen, sind mit den gleichen Bein einer Anordnung nach Fig. 1 mit einer Anre- zugsziffern wie in Fig. 1, jedoch zusätzlich mit einem gungsenergie von 3360 Joule zu betreiben. Die Ultra- Apostroph versehen. Die F i g. 4 zeigt eine Anordschallzelle wurde mit 122 kHz angeregt. Die Leistung, 20 nung, in der beide Stirnflächen 12' und 14' des Rudie dem Ultraschallgeber 18 zugeführt wurde, betrug bins 2' mit einer Reflexionsschicht versehen sind,
weniger als 10 Watt. Man erhielt dabei eine Folge Ultraschallwellen werden von einem Ultraschallvon Licht-Ausgangsimpulsen, die zeitlich äquidistant geber 18' erzeugt und laufen durch den Rubin 2' in mit einer Frequenz von 2/* auftraten. einen Ultraschallempfänger 21'. Anregungsenergie

Wie man also sieht, läßt sich die selektive Fluor- 25 wird durch die Lampe 4' zugeführt. Die Anordnung eszenz mit der Ultraschallfrequenz koordinieren und nach F i g. 4 ergibt als Ausgang auf die gleiche Weise synchronisieren. Dabei kann man über die Ultra- wie die Anordnung nach F i g. 1 eine Folge zeitlich Schallgegenkopplung die kohärente Strahlung in dem äquidistanter kohärenter Lichtimpulse. In dem Aufoptischen Resonator des optischen Senders modu- bau nach Fig. 4 erfolgt die Brechung der kohärenlieren. Man erreicht dadurch zeitlich äquidistante 30 ten Lichtstrahlung innerhalb des Rubins 2', und der Lichtimpulse und nicht etwa die üblichen zufälligen kohärente Lichtstrahl tastet den Spiegel 14' ab. Der Ausgangsimpulse mancher optischer Sender. Man Lichtstrahl wird periodisch reflektiert, so daß sich kann dadurch aber auch einen optischen Sender mit eine Lichtverstärkung ergibt, wie es oben beschrieben stetigem Lichtausgang tasten oder amplitudenmodu- ist. Man kann auch eine sich fortpflanzende Ultralieren. Zusätzlich kann man mit diesem Ultraschall- 35 schallwelle, im Gegensatz zu einer stehenden Welle, gegenkopplungsmodulationsverfahren eine größere durch den Rubin 2' hindurchschicken.
Impulshöhe, eine schmalere Impulsbreite sowie ver- Nun soll auf die Fig. 5 Bezug genommen werden, kürzte Impulsanstiegszeiten erreichen. Es sei noch Mit der Anordnung aus Fig. 5 läßt sich aus einem einmal darauf hingewiesen, daß in der Anordnung Rubin ein durch Ultraschall getasteter Riesenimpuls keinerlei bewegbare mechanische Teile vorhanden 40 erreichen. Die Anordnung nach Fig. 5 ist der Ansind. Ordnung nach Fig. 1 sehr ähnlich, so daß gleiche

Oben ist festgestellt worden, daß die Lichtverstär- Teile wieder mit den gleichen Bezugsziffern wie in

kung mit der Ultraschallgegenkopplungsmodulation Fig. 1 bezeichnet sind. Das Ausgangssignal von der

nach Fig. 1 mit einer Frequenz von 2/* auftritt. Auslöseschaltung 10 läuft durch eine veränderbare

Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß die Ultra- 45 Zeitverzögerung 30 hindurch und erreicht anschlie-

schallfrequenz niedrig genug ist, damit ausreichend ßend einen Impulsgenerator 32. Das Ausgangssignal

Zeit zur Besetzung der Energieniveaus zur Verfügung des Impulsgenerators 32 tritt um eine vorbestimmte

steht, um innerhalb einer Halbwelle der Ultraschall- Zeit nach der Auslösung der Anregungsenergie auf.

welle den Schwellenwert zu erreichen. Wenn die Der Impulsgenerator 32 stößt einen Ultraschallgeber

Anregungsintensität nicht ausreicht, um innerhalb 50 34 in der Ultraschallzelle 16 an, der Ultraschall an

einer jeden Halbperiode der Ultraschallwelle den die Alkoholflüssigkeit 20 abgibt. So wie es dargestellt

Schwellenwert für die inverse Besetzungsverteilung ist, ist der Spiegel 12 von der Stirnfläche des Rubins 2

zu erreichen, tritt eine Lichtverstärkung nur einmal weggenommen. Er kann aber genauso wie in der

in jeder vollen Periode der Ultraschallwelle auf. F i g. 1 angeordnet sein. Die Anordnungen nach den

Man kann also sehen, daß sich die Frequenz der 55 Fig. 5 und 1 unterscheiden sich in der Hauptsache

Lichtverstärkung durch eine Regulierung der An- darin, daß der Spiegel 14 nicht mehr parallel zu dem

regungsintensität für den optischen Sender von einer Spiegel 12 angeordnet ist, d. h. der Spiegel 14 und

Frequenz von 2/* bis auf eine Frequenz von Vn ■ f* die Achse des Rubins 2 bilden einen spitzen Winkel,

ändern läßt, wobei η gleich 1, 2, 3 ... ist. Außerdem ist die Anregung der Ultraschallzelle 16

Die Erzeugung einer Folge scharfer, zeitlich äqui- 60 gegenüber der Auslösung der Anregungsenergie für

distant angeordneter Lichtimpulse durch eine Gegen- den Rubin 2 vorsätzlich verzögert,

kopplungsmodulation des Ausgangs des optischen Nimmt man die Anordnung nach F ig. 5 in Betrieb,

Senders durch Ultraschall, wie er oben beschrieben so wird zuerst die Anregungsenergie für den Rubin 2

ist, kann für zahlreiche Zwecke angewendet werden. ausgelöst und dann erst auf Grund der Zeitverzöge-

Solche Zwecke sind beispielsweise Radar, Entfer- 65 rung 30 die Ultraschallzelle 16 angeregt. Der Spiegel

nungsmessungen und Nachrichtenverkehr. 14 weicht von der Parallelität um so viel ab, daß für

Ein Tasten des Ausgangs des Rubins 2 durch einen vorgegebenen Betrag an Anregungsenergie geUltraschall, wie es oben beschrieben worden ist, läßt nügend von der spontanen selektiven Fluoreszenz-

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strahlung aus dem Rubin 2 von dem Rubin 2 weg- Ultraschallintensität zur Verfügung steht. Daraus erreflektiert wird, so daß diese Strahlung nicht wieder gibt sich aber für die Beugungen höherer Ordnung in den Rubin hineingelangen kann. Dadurch wird die eine höhere Intensität. Da die Beugungen höherer

Lichtverstärkung in dem Rubin verhindert. Ordnung in ihrer Richtung von der Achse des Rubin-Tatsächlich ist die optische Gegenkopplung für 5 Stabes abweichen, ergeben sich für die Anordnung

den Rubin unterbrochen, d. h., es stellt sich für die hohe Verluste, die ausreichend sind, eine Lichtver-

Schwellenenergie des optischen Senders ein sehr Stärkung zu unterbinden. Außerdem zerstört die Beu-

hoher Wert ein, das Gerät kann nicht schwingen, gung des selektiv fluoreszenten Lichtstrahles die

und es entsteht eine starke Überbesetzung von ange- Kohärenz der Strahlung, die zwischen den Spiegeln

regten Atomen. Die veränderliche Zeitverzögerung io 12 und 14 hin und her reflektiert wird. Auch dadurch

30 ist so eingestellt, daß sie den Impulsgenerator 32 wird die Lichtverstärkung unterbunden. Man erreicht

anstößt. Der Impulsgenerator 32 gibt dann an den also wiederum eine Überbesetzung der angeregten

Ultraschallgeber 34 einen Hochspannungsimpuls ab, Atomniveaus in dem Rubin. Anschließend werden

so daß durch die Alkoholflüssigkeit 20 eine Ultra- die Ultraschallschwingungen abgestoppt. Spontan

schallwelle hindurchläuft. Die Einstellung der Ver- 15 emittierte Strahlung wird dann von dem Spiegel 14 in

zögerung 30 ist vorzugsweise so gewählt, daß der den Rubin 2 hineinreflektiert, so daß eine Lichtver-

Ultraschallimpuls dann auftritt, wenn die Über- Stärkung auftritt, die zu einem außerordentlich hohen

besetzung der Niveaus in dem Rubin ihr Maximum Lichtimpuls führt.

erreicht hat. Die spontan emittierte Strahlung aus Nun soll auf die F i g. 6 Bezug genommen werden, dem Rubin 2, die durch die Zelle 16 hindurchgeht 20 In der Anordnung nach F i g. 6 ist es möglich, den und auf dem Spiegel 14 auftrifft, tritt mit der Ultra- kohärenten Lichtstrahl horizontal und vertikal abschallwelle in Wechselwirkung. Diese Strahlung wird zulenken, so daß ein Abtastsystem entsteht, das zum in Übereinstimmung mit der Gleichung 1, oben, ge- Bohren, zum Schweißen, zum Abtasten eines brachen, da die Wellenlänge der Ultraschallwelle in Musters und für ähnliche Zwecke verwendet der Zelle 16 wesentlich größer als der Querschnitt 25 werden kann. Die Anordnung ist ähnlich wie des Rubins und somit des kohärenten Lichtstrahles die Anordnung nach Fig. 1. Es sind nur zwei ist. Dabei ist dann auch die Voraussetzung dafür ge- Ultraschallzellen 40 und 42 hinter dem Spiegel 14 geben, daß die Strahlung senkrecht auf den Spiegel in rechten Winkeln zueinander angeordnet. Die 14 auffällt. Zu diesem Zeitpunkt wird nun für den Ultraschallzellen 40 und 42 werden durch Verstär-Rubin 2 das Wiederentstehen der positiven Mitkopp- 30 ker 44 und 46 sowie durch Modulatoren 48 und 50 lung ausgelöst. Daher tritt eine Lichtverstärkung mit betrieben. Die Modulatoren 48 und 50 können entaußerordentlich hohen Strahlungsimpulsen auf. weder Frequenz- oder Amplitudenmodulatoren sein. Mit der Anordnung nach F i g. 5 sind Experimente Sie sind mit den Verstärkern 44 und 46 verbunden, durchgeführt worden. Dabei wurde ein Rubin von Diese Anordnung wird unter Bedingungen betrieben, 5 cm Länge und 0,ö cm Durchmesser verwendet. Die 35 in denen wieder W: λ* = ¹U ist. Der kohärente Anregungsenergie für den Rubin betrug 900 Joule. Lichtstrahl, der durch die Ultraschallzellen 40 und Ein Bleizirkonat-Titanat-Schallgeber wurde mit 42 hindurchläuft, wird daher abgelenkt. Eine gleich-4 Mikrosekunden langen Impulsen angestoßen und zeitige horizontale und vertikale Ablenkung kann gab Ultraschall mit einer Frequenz von 182 kHz ab. man dadurch erreichen, daß man die Zellen 40 und Man erhielt unter diesen Bedingungen Lichtimpulse, 40 42 mit verschiedenen Frequenzen betreibt. Wenn man deren Amplitude das 50- bis 75fache der üblichen die beiden Zellen 40 und 42 mit identischen Frequen-Lichtimpulsamplituden betrug. Die Impulsanstiegs- zen, aber mit verschiedenen Leistungen betreibt, so zeit dieser Lichtimpulse war kürzer als 30 Nano- kann man erreichen, daß der kohärente Lichtstrahl Sekunden, ihre Impulsbreite betrug größenordnungs- einen wendeiförmigen Weg beschreibt. Wie man also mäßig 50 bis 75 Nanosekunden. Das steht im Gegen- 45 sieht, kann man durch eine geeignete Einstellung der satz zu den Impulsbreiten der zufälligen Impulse, die Leistung, der Frequenz und der Phase der Treiberin dem Mikrosekundengebiet liegen. signale für die Ultraschallzellen die verschiedensten

Diese intensiven Lichtimpulse können für Weit- Abtastmuster erzeugen.

bereichsradarzwecke, Entfernungsmessungen sowie Größere Ablenkwinkel lassen sich erreichen, wenn zum Schweißen und zum Bohren verwendet werden. 50 man die Füllung der Ultraschallzellen 40 und 42 Die Anordnung nach F i g. 5 kann zur Erzeugung unter Druck setzt. Dadurch lassen sich höhere Ultraeiner Folge verhältnismäßig großer Impulse verwendet Schallintensitäten verwenden, ohne daß Kavitationen werden. Dazu muß man die Ultraschallzelle während auftreten.

der normalen Lichtverstärkung periodisch anregen. Betrachtet man noch einmal die Anordnung nach

Nun soll noch einmal auf die Fig. 1 Bezug ge- 55 Fig. 1, so kann man sehen, daß sich die Güte der

nommen werden. Die Erzeugung dieser Riesen- Parallelität zweier Platten messen läßt. Experimente

impulse, die oben in Verbindung mit dem Betrieb haben gezeigt, daß eine Abweichung von 4 Sekunden

der Anordnung nach F i g. 5 beschrieben worden ist, von der Parallelität zwischen den Spiegeln 12 und 14

kann auch mit der Anordnung nach F i g. 1 durch- zu einer Phasenverschiebung zwischen dem getasteten

geführt werden. Dann muß man die Wellenlänge des 60 Lichtsenderimpuls und der Ultraschallwelle von 1°

Ultraschalls λ* wesentlich kleiner als die Breite W führt. Wenn man also die Lage des getasteten Licht-

des Laserlichtstrahles wählen. Das Verhältnis W: λ* senderimpulses mit einem Photodetektor überwacht

soll dann 7:1 oder noch größer sein. Wenn der und gleichzeitig die getasteten Lichtsenderimpulse

Strahl unter diesen Bedingungen durch die angeregte und die Ultraschallwelle auf einem Oszillographen

Ultraschallzelle hindurchläuft, wird er nicht mehr 65 darstellt, kann man die Parallelität zwischen zwei

gebrochen, sondern vielmehr gebeugt. Man kann nun reflektierenden Platten dadurch beobachten, daß man

zeigen, daß die Intensität der Beugungsverteilung in die relative Lage der getasteten Lichtsenderimpulse

der nullten Ordnung niedrig ist, wenn ausreichend zu der Ultraschallwelle feststellt. Es soll bemerkt

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werden, daß die Platten, deren Parallelität ausge- renten Lichtstrahles, λ* ist die Wellenlänge der Schallmessen werden soll, nicht die üblichen reflektieren- welle in der Ultraschallzelle. In dem Fall von Ultraden Oberflächen des selektiv fluoreszenten Mediums schallwanderwellen, der in den Fig. 7 und 9 dargezu sein brauchen. Es können vielmehr Platten sein, stellt ist, wirkt die Ultraschallwelle in der Ultradie von den Rubinenden entfernt sind, aber als 5 schallzelle als ein Beugungsgitter, das sich mit Schallreflektierende Oberflächen verwendet werden. geschwindigkeit in einer Richtung bewegt, die senkin der Fig. 7 ist nun eine Anordnung mit einem recht zu der Richtung des emittierten kohärenten selektiv fluoreszenten Kristall 102 für stetige selektive Lichtstrahles steht, der auf die Ultraschallzelle aufFluoreszenz gezeigt. Dem Kristall 102 sind in seiner fällt. Als Ergebnis davon tritt ein Dopplereffekt auf. Achse planparallele Spiegel 104 und 106 zugeordnet. io Der Lichtstrahl, der in der Beugungsverteilung in Der Spiegel 104 reflektiert stärker als der Spiegel 106. Richtung der Schallausbreitung abgebeugt wird, er-Anregungsenergie, die durch Pfeile angedeutet ist, fährt eine Erhöhung seiner Frequenz, während die wird dem Kristall 102 durch irgendein passendes Frequenz des Lichtstrahles, der in entgegengesetzter Verfahren zugeführt. Die den optischen Resonator Richtung abgebeugt wird, erniedrigt wird. Die Frebegrenzenden Spiegel 104 und 106 können den Kri- 15 quenz v_k des Lichtes, das durch einen Winkel Q_k aus stall 102 berühren oder auch durch die Stirnflächen seiner Ursprungsrichtung abgelenkt wird, läßt sich des selektiv fluoreszenten Kristalls 102 selbst gebil- durch folgende Gleichung bestimmen:
det sein. Sie brauchen also nicht von dem Rubin ge- / 2nv . Θ \
trennt zu sein, wie es dargestellt ist. Im Lichtweg des ^v* — ^vo (1 ± _c sm -^r J · Gleichung 3
von dem Kristall 102 emittierten Strahles ist rechts 20 \ /
von dem Spiegel 106 eine Ultraschallzelle 108 ange- In dieser Gleichung bedeutet v₀ die Frequenz des ordnet, die einen Ultraschallgeber 110 aufweist. Wie monochromatischen kohärenten Lichtes, das auf die man sieht, ist in der Anordnung nach Fig. 7 die Ultraschallzelle 108 auftrifit. η ist der Brechungs-UltraschallzellelO8 außerhalb des optischen Resona- index des Ultraschallmediums in der Zelle 108. c betors für den optischen Sender angeordnet, der durch 25 deutet die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum, und die reflektierenden Endplatten 104 und 106 begrenzt ν ist die Schallgeschwindigkeit in dem Medium in der ist. Der Ultraschallgeber 110 wird von einem Fre- Zelle 108. Aus der Gleichung 2 sowie aus der Tat-

^^^ _{gach dag} _c_. _{( ist} die Lichtgeschwindigkeit

112 sorgt dafür, daß der Ultraschallgeber 110 in der ' cu ^K ^ ^{6 6}

i d Mdi d

g , g

Ultraschallzelle 108 Wanderwellen mit veränder- 30 in dem Medium der Zelle 108) ergeben sich folgende licher Frequenz erzeugt. Eine Linse 107 nimmt das Beziehungen:

kohärente Licht aus der Zelle 108 auf und bildet es _v __ _{v +} ^f* Gleichung 4

auf einer lichtundurchlässigen Oberfläche 109 ab, ^k ° ~

die eine Öffnung 111 besitzt. In dieser Gleichung bedeutet /* die Frequenz der

Die Oberfläche 109 ist im Brennpunkt der Linse 35 Ultraschallwelle in der Zelle 108.

107 angeordnet. Auf der rechten Seite der Platte 109 Wie man der Gleichung 4 entnehmen kann, wird

ist eine übliche Kollimationsoptik 114 angeordnet. der emittierte kohärente Lichtstrahl, wenn er durch

Diese Optik 114 ist auf die Öffnung 111 fokussiert, die mit Ultraschall angeregte Zelle 108 hindurchgeht,

um die Lichtsignale weiterzuleiten, die durch die in eine Verteilung von Licht mit unterschiedlichen

Öffnung 111 hindurchgehen. 40 Frequenzen gebeugt. Die Frequenzunterschiede

Die Anordnung nach Fig. 7 wird unter Bedin- zwischen den verschiedenen Beugungsordnungen ist

gungen betrieben, unter denen die Breite W des eine direkte Funktion der Frequenz der Ultraschall-

emittierten kohärenten Lichtstrahles wesentlich breiter welle in der Zelle 108.

als die Wellenlänge λ* der Schallwelle in der Ultra- Der Frequenzmodulator 112 gibt nun an den

schallzelle ist. Das Verhältnis WtK* soll etwa 7:1 45 Ultraschallgeber 110 ein frequenzmoduliertes Signal

betragen oder noch größer sein. Unter diesen Bedin- ab, dessen Modulation einer Nachricht oder einer In-

gungen ist die Breite des Strahles wesentlich größer formation entspricht, die übertragen werden soll. Das

als die Wellenlänge A* der Ultraschallwelle, so daß kann beispielsweise eine Sprachnachricht sein. Das

der Lichtstrahl aus dem Kristall 102 abgebeugt wird, frequenzmodulierte Signal, das dem Ultraschallgeber

wenn er durch das Ultraschallfeld in der Zelle 108 50 110 zugeführt wird, ruft nun gemäß der zu über-

hindurchläuft. Das liegt an dem zeitlich veränder- tragenden Information in der Ultraschallzelle 108

liehen Brechungsindex, der durch das Ultraschallfeld eine frequenzmodulierte Wanderwelle hervor. In

hervorgerufen wird. Die Beugungsverteilung hat die Übereinstimmung mit den Gleichungen 2 bis 4 wird

Form einer Folge von beleuchteten Gebieten, deren die Frequenzmodulation der Ultraschallwelle in der

Beleuchtungsstärke schwankt. Das ist graphisch in 55 Zelle 108 der Beugungsverteilung überlagert, die von

der Fig. 9 dargestellt. Normalerweise nimmt die der mit Ultraschall angeregten Zelle 108 hervor-

Intensität von der nullten Ordnung zu höheren Beu- gerufen wird. Die Frequenzen derjenigen Beugungs-

gungsordnungen hin ab. Ordnungen, die von Null verschieden sind, werden

Nun soll auf die Fig. 9 Bezug genommen werden. somit gemäß den Frequenzänderungen der Ultra-Wenn der emittierte kohärente Lichtstrahl durch das 60 schallwelle in der Zelle 108 geändert und damit in Ultraschallfeld in der Ultraschallzelle 108 hindurch- Übereinstimmung mit der Information, die übergeht, so wird er abgebeugt. Die Beugungen treten bei tragen werden soll.

Winkeln Θ auf, die durch folgende Gleichung be- In dem Fall also, in dem in der Ultraschalizelle

stimmt sind: ' Κ·λ -"^ ^e'^ne f^req^uenznlodulierte Wanderwelle vorhan-

sin Θ = . Gleichung 2 65 den ist, bleiben die Frequenzen der Beugungen

nullter Ordnung konstant und entsprechen den Fre-

K läuft dabei von 0, 1, 2, 3, 4 ... (Beugungsord- quenzen des emittierten monochromatischen Lichtnungen); λ ist die Wellenlänge des emittierten kohä- Strahles. Die Frequenzen aller anderen Beagungs-

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Ordnungen ändern sich, und zwar proportional und das mit einer Information oder einer Nachricht über-

als Funktion der Frequenzänderungen der Ultra- einstimmt.

schallwelle in der Zelle 108. Die lichtundurchlässige Der optische Sender besteht au seinem selektiv Blende 109 ist so angeordnet, daß die öffnung 111 fluoreszenten Medium 150 (Kristall) mit reflektierennur ausgewählte Beugungsordnungen hindurchläßt, 5 den Stirnflächen 152 und 154. Er weist fernerhin eine beispielsweise die nullte und die erste Ordnung. Die Ultraschallzelle 156 und einen Ultraschallgeber 158 Lichtstrahlen dieser Beugungsordnungen werden auf. Die Ultraschallzelle 156 ist in den optischen Redann durch die Optik 114 wieder rekollimiert, so daß sonator des optischen Senders eingesetzt. Der Spiegel sie über weite Entfernungen ausgebreitet werden 152 reflektiert stärker als der Spiegel 154. Eine können. Um den frequenzmodulierten Lichtstrahl io Linse 162, die entweder innerhalb oder rechts von von der Kollimationsoptik 114 wieder aufzunehmen, der Zelle 156 angeordnet ist, bildet das Ausgangskann man einen optisch-photoelektrischen oder signal aus der Zelle 156 auf einer Blende 164 ab, photoleitenden Überlagerungsempfänger einsetzen, die eine öffnung 166 aufweist. Die Blende 164 ist im der an und für sich bekannt ist. Dieser Über- Brennpunkt der Linse 162 angeordnet. Die innere lagerungsempfänger kann so abgestimmt werden, daß 15 Oberfläche 168 des Spiegels 154 ist entlang eines er Frequenzänderungen zwischen den verschiedenen Kreises gekrümmt, so daß ihr Brennpunkt an der Beugungsordnungen nachweist, deren Licht durch öffnung der Blende 164 liegt. Licht, das aus der die öffnung 111 hindurchgeht. Der Empfänger kann Öffnung 166 auf die Spiegeloberfläche 168 auffällt, dann elektrische Signale erzeugen, so daß sich die wird daher durch die öffnung 166 zur Linse 162 und übertragene Information wiedergewinnen läßt. Man 20 damit zu dem selektiv fluoreszenten Kristall 150 zukann aber die öffnung 111 auch so anordnen, daß rückreflektiert. Der Ultraschallgeber 158 wird von bloß Licht einer einzigen Beugungsordnung durch die einem amplitudenmodulierten Sender 16 betrieben, öffnung hindurchgeht. Das kann beispielsweise Licht Genauso wie die Anordnung aus Fig. 7 wird auch der ersten Beugungsordnung sein. Dieses Licht der die Anordnung aus Fig. 8 unter Bedingungen beersten Beugungsordnung kann dann wiederum mit 25 trieben, unter denen w: λ* etwa 7:1 oder größer ist. dem Ausgang eines Hilfsoszillators zusammentreffen. Die elektromagnetische Energie in dem optischen Weiterhin kann man für die Übertragung eines fre- Resonator des optischen Senders wird daher gebeugt, quenzmodulierten Lichtstrahles die Linse 107 und Die Blende 164 ist so angeordnet, daß nur Licht der die Oberfläche 109 weglassen, so daß die Kollima- Beugungen nullter Ordnung durch die öffnung 166 tionspolitik 114 einen frequenzmodulierten Licht- 30 hindurchlaufen kann und auf die gekrümmte restrahl an einen Empfänger weiterleitet, in dem eine flektierende Spiegeloberfläche 168 auftrifft.
Mischung aller Frequenzen der verschiedenen Beu- Nun soll auf die F i g. 10 Bezug genommen gungsordnungen vorhanden ist. Dieser Empfänger ist werden. Die Fig. 10 zeigt als graphische Darsteldann auf ein Frequenzband richtig abgestimmt. lung die Beziehung zwischen der Intensität der Beu-Wenn das Licht einer jeden Beugungsordnung, die 35 gungsordnungen und der Intensität der Ultraschallvon der Zelle 108 erzeugt worden ist, ausreichende welle in der Zelle 106. Wie man sieht, nimmt die Intensität besitzt, um wiederum in ein Beugungs- Lichtintensität der Beugungen nullter Ordnung fast bild abgebeugt zu werden, kann man jede Ordnung bis auf Null ab, um dann langsam wieder anzuder Beugungsverteilung durch eine getrennte Ultra- steigen, wenn die Ultraschallintensität zunimmt. Die schallwelle hindurchschicken, um die Frequenz er- 40 Lichtintensitäten höherer Ordnungen dagegen neut zu modulieren. Dieses Beugen von Licht einer wachsen als Funktion der Ultraschallintensität an jeden Beugungsordnung kann so oft wiederholt und fallen wieder ab. Wie man weiterhin sehen kann, werden, wie man durch eine erneute Beugung von ist diese Kurve für die Beugung nullter Ordnung Licht einer jeden Beugungsordnung noch brauchbare innerhalb eines großen Teiles ihres Verlaufes linear. Beugungsverteilungen erhält, d. h. solange die Inten- 45 Die relative Intensität des Lichtes einer Beugung sität des Lichtes einer jeden Beugungsordnung noch /n-ter Ordnung bezüglich der Intensität einer Beuausreichend hoch ist, um bei einer erneuten Beu- gung n-ter Ordnung wird durch folgenden Ausdruck gung eine ausnutzbare Beugungsverteilung zu angegeben:
liefern. Durch dieses Verfahren der wiederholten ₂ /2πΑμΣ\
Beugung ist es möglich, einem einzelnen Lichtstrahl, 50 / ^^m 1 J )

der von dem Kristall 102 emittiert ist, eine Anzahl -γ- = JT~~A—ΎλΓ ' ^GlleicllunS ⁵

verschiedener Nachrichten aufzuprägen. Diese " j% I———^—j
ganzen schließlichen Beugungsverteilungen können \ λ )
dann durch die Optik 114 wiederum rekollimiert In dieser Gleichung sind J_m und /„ die Besselwerden, so daß man verschiedene Nachrichten auf 55 Funktionen der m-ten und der η-ten Ordnung der einem einzigen Lichtstrahl übertragen kann. Beugungsverteilung, Δμ ist die maximale Änderung Nun soll auf die Fig. 8 Bezug genommen werden. des Brechungsindex in der Ultraschallzelle, und L In der F i g. 8 ist eine Anordnung gezeigt, durch die ist der Weg, den die elektromagnetische Energie in es möglich ist, den Lichtstrahl eines gepulsten der Ultraschallzelle zurücklegt, λ ist die Wellenlänge optischen Senders oder den Lichtstrahl eines stetig 60 des Lichtes. Der Winkel, den das Licht der entbetriebenen optischen Senders durch Ultraschall- sprechenden Beugungsordnungen gegenüber der urbeugung zu modulieren. Aus dem Ausgang eines sprünglichen Lichtausbreitungsrichtung bildet, ist gepulsten optischen Senders erhält man dabei eine durch die Gleichung 2 gegeben.
Folge zeitlich äquidistanter Impulse von gleicher Wenn die Ultraschallzelle 156 über den Schall-Höhe. Den Ausgang eines stetig betriebenen 65 geber 158 von einem unmodulierten Ausgangssignal optischen Senders kann man durch Ultraschall- des amplitudenmodulierten Senders 160 angeregt beugung in seiner Amplitude modulieren, um ein wird, so daß sich eine gleichförmige unmodulierte amplitudenmoduliertes Ausgangssignal zu erzeugen, Wanderwelle in der Zelle 156 aufbaut, die aus-

Claims

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reichende Intensität besitzt, um die nullte Ordnung der die Optik 170 rekollimiert werden, die auf eine Beugungsverteilung zu unterdrücken, so resultiert Öffnung 166 fokussiert ist, um das Ausgangslicht daraus für den optischen Resonator ein hoher Ver- über weite Entfernungen zu übertragen. Wenn der lust, da die Beugung nullter Ordnung nicht wieder Spiegel 154 stärker reflektiert als der Spiegel 152, so dem Kristall 150 zurückgeführt wird. Da die 5 ist keine Kollimationsoptik notwendig, da der Licht-Öffnung 166 so angeordnet ist, daß nur die Beugung ausgang durch den Spiegel 152 bereits ein kollimiernullter Ordnung durch die Öffnung hindurchlaufen ter Strahl ist. Lichtausgänge, die aus sich wieder- und auf die Oberfläche 168 auftreffen kann, und da holenden Impulsfolgen bestehen, können beispielsdie Beugung nullter Ordnung zu diesem Zeitpunkt weise für Radarzwecke und für Entfernungsmessununterdrückt ist, tritt eine Lichtverstärkung nicht auf. io gen verwendet werden. Wenn der kohärente Licht-Wenn nun die Ultraschallwelle in der Zelle 156 da- strahl gemäß einer Nachricht amplitudenmoduliert durch unterbrochen wird, daß man das Ausgangs- ist, so läßt sich das durch bekannte photoelektrische signal von dem Sender 160 unterbricht, so wird die Geräte nachweisen.

Beugungsverteilung aufgehoben. Elektromagnetische Nun soll auf die F i g. 8 a Bezug genommen wer-Energie des optischen Senders wird jetzt von den Re- 15 den. Die Anordnung nach Fig. 8a ist der Anordflektoren 152 und 154 auf die übliche Weise zurück- nung nach Fig. 8 ähnlich. Es sind nur der Sender geführt, so daß das Licht verstärkt wird. Man kann 160 und die Zelle 156 aus Fig. 8 für eine Ultraauch eine Lichtverstärkung dadurch hervorrufen, daß schallwanderwelle durch einen Oszillator 180 und man die Intensität der Ultraschallwelle auf eine eine Ultraschallzelle 182 für eine stehende Ultra-Stärke herabmindert, bei der die Intensität der Beu- 20 schaltwelle ersetzt. Die Ultraschaltzelle 182 weist gung nullter Ordnung stark ist. Diese starke Beu- Schallwandler 184 und 186 auf, die einmal mit dem gungsintensität nullter Ordnung wird dann von den Ausgang des Oszillators 180 verbunden sind und Reflektoren 152 und 154 in den Kristall 150 zurück- zum anderen dem Oszillator 180 wieder Schallgeführt, so daß eine Lichtverstärkung auftritt. Stellt energie zurückführen. Der übrige Aufbau der man jetzt die ursprüngliche Ultraschall-Wander- 25 Anordnung nach F i g. 8 a ist derselbe wie in F i g. 8. welle in der Zelle 156 wieder her, so baut sich erneut Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 8 a untereine Beugungsverteilung auf, in der die Beugung scheidet sich von dem Betrieb der Anordnung nullter Ordnung unterdrückt ist. Die Lichtverstär- nach Fig. 8 darin, daß für ein vorgegebenes Auskung wird dadurch wieder unterbrochen. Wie man gangssignal des Oszillators 180 in der Zelle 182 eine daher aus der F i g. 10 sieht, kann man den Aus- 30 stehende Ultraschallwelle mit einer Frequenz /* gang des optischen Senders mit der Ultraschall- erregt wird. Die maximale Ultraschallintensität in erregung der Zelle 156 derart koordinieren und syn- der Zelle 182 wird so gewählt, daß sie ausreicht, chronisieren, daß man aus dem optischen Sender die Lichtintensität der nullten Beugungsordnung zu über Ultraschallbeugung der elektromagnetischen unterdrücken. Die Anordnung nach F i g. 8 a tastet Energie des optischen Resonators in dem Mit- 35 daher das Lichtausgangssignal automatisch mit einer kopplungspfad eine Folge von Impulsen erhalten Frequenz von 2/*.

kann, die einen gewissen Abstand voneinander Die amplitudenmodulierten Anordnungen nach

haben. Der Abstand dieser Ausgangsimpulse kann Fig. 8 und 8a können auch ohne die Linse 162 und

entweder regelmäßig oder unregelmäßig sein, je nach die Blende 164 betrieben werden. Dann allerdings

dem Abstand der Ausgangsimpulse des Senders 160. 40 wird das Licht von Beugungen höherer Ordnung

Wenn der Ausgang des Senders 160 gemäß einer dem Kristall 150 wieder zugeführt, wenn die Beu-

Nachricht oder einer Information amplitudenmodu- gung nullter Ordnung unterdrückt ist, so daß die

liert ist, so ist die Intensität der Ultraschallwelle Steuerung des Lichtausgangssignals nicht mehr so

in der Zelle 156 auf die gleiche Weise moduliert. gut ist.

Daher ändert sich auch die Intensität der einzelnen 45 Nun soll noch einmal auf die Anordnung nach Beugungsordnungen, die durch die Wechselwirkung Fig. 7 Bezug genommen werden. Das frequenzder Ultraschallwelle mit der elektromagnetischen modulierte Ausgangssignal der Anordnung nach Strahlung aus dem Kristall 150 hervorgerufen wird. Fig. 7 kann außerdem für eine Übertragung zu-Insbesondere läßt sich die Intensität der Beugungs- sätzlicher Nachrichten oder Information noch ampliordnung nullter Ordnung über einen weiten Inten- 50 tudenmoduliert werden. Daher kann man den Schalsitätsbereich fast linear ändern. Wenn man die ter 116 schließen, um das Ausgangssignal des Öffnung 166 der Blende 164 derart anordnet, wie es frequenzmodulierten Senders 112 dem Amplitudenbeschrieben ist, so sind nur Änderungen in der modulator 118 zuzuführen. Der Amplirudenmodula-Intensität der Beugungsverteilung nullter Ordnung tor 118 moduliert dann die Amplitude des frequenzvon Interesse, da nur die Beugungen nullter Ord- 55 modulierten Signals aus dem Sender 112, bevor das nung die Größe der Mitkopplung des Kristalls 150 Signal an den Ultraschallwandler 110 abgegeben beeinflussen, um den kohärenten Lichtstrahl zu mo- wird. Auf diese Weise kann man der frequenzmodudulieren. Wenn der Kristall 150 ein kontinuierliches lierten Zelle 108 ein amplitudenmoduliertes Signal Licht abgibt, so wird das Ausgangssignal des aufprägen, um die Intensität des Lichtes der Beugunoptischen Senders amplitudenmoduliert, und zwar 60 gen verschiedener Ordnungen zu modulieren, die in Übereinstimmung mit der Nachricht oder einer durch die Zelle 108 hervorgerufen werden. Auf diese Information, die durch die Amplitudenmodulation Weise kann man mit der Anordnung nach F i g. 7 des Ausganges des Senders 160 dargestellt ist. Signale übertragen, die sowohl in ihrer Frequenz als

Ob nun das Ausgangssignal des Kristalls 150 zur auch in ihrer Amplitude moduliert sind.
Übertragung einer Nachricht oder einer Information 65

moduliert ist, oder ob das Ausgangssignal moduliert ^atentansprucne:

ist, um eine Impulsfolge zu erhalten, wie es in der 1. Steuerung oder Modulation eines optischen

F i g. 10 a gezeigt ist, kann das Licht immer durch Senders oder Verstärkers, dessen selektiv

fluoreszentes Medium in einem durch zwei Reflektoren begrenzten otpischen Resonator angeordnet ist, in welchem zumindest ein Teil des optischen Mediums in seinem Brechungsindex steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Resonatorraumes oder eines Teils davon mittels Ultraschall gesteuert wird.

2. Steuerung oder Modulation eines optischen Senders oder Verstärkers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Breite des kohärenten Lichtstrahlenbündels und der Wellenlänge des Ultraschalls so klein, vorzugsweise 1:4 oder kleiner gewählt wird, so daß der kohärente Lichtstrahl durch die Wechselwirkung mit dem Ultraschallfeld in dem Medium gebrochen wird.

3. Steuerung oder Modulation eines optischen Senders oder Verstärkers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Breite des kohärenten Lichtstrahlenbündels und der Wellenlänge des Ultraschalles so groß, vorzugsweise 7:1 oder größer gewählt wird, so daß der Lichtstrahl durch die Wechselwirkung mit dem Ultraschallfeld in dem Medium gebeugt wird.

4. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang des kohärenten Lichtstrahles eine Ultraschallzelle vorgesehen ist, in der ein Ultraschallfeld vorhanden ist, dessen Richtung senkrecht auf der Richtung des Lichtstrahles steht.

5. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 4 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallzelle zwischen den beiden Reflektoren des optischen Resonators angeordnet ist, so daß der optische Resonator des optischen Senders nur bei einer bestimmten Phasenlage des Ultraschalles durchlässig ist und damit Licht nur bei dieser bestimmten Phasenlage verstärkbar ist.

6. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallzelle einen Teil des selektiv fluoreszenten Mediums bildet.

7. Steuerung oder Modulation nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Reflektor des optischen Resonators unmittelbar an der einen Stirnfläche des selektiv fluoreszenten Mediums angebracht ist, daß der andere Reflektor des optischen Resonators auf der anderen Seite in einem gewissen Abstand von der gegenüberliegenden Stirnfläche des selektiv fluoreszenten Mediums angebracht ist und daß die Ultraschallzelle in diesem freien Raum zwischen dem selektiv fluoreszenten Medium und dem anderen Reflektor eingesetzt ist.

8. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den optischen Resonator bildenden Reflektoren sich parallel gegenüberstehen.

9. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem gewissen Abstand von dem selektiv fluoreszenten Medium angeordnete Reflektor mit der Achse des selektiv fluoreszenten Mediums einen spitzen Winkel bildet.

10. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem selektiv fluoreszenten Medium zuerst Anregungsenergie zugeführt wird, bis die Besetzungsdichte der angeregten Atomniveaus sehr hoch ist, und daß dann der Ultraschallzelle Ultraschallenergie zugeführt wird, so daß bei einer bestimmten Phasenlage des Ultraschalles die Kopplungsstrecke des optischen Senders oder Verstärkers durchlässig wird und alle angeregten Atome über die selektive Fluoreszenz in ihren Grundzustand zurückkehren.

11. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang des kohärenten Lichtstrahles außerhalb des optischen Resonators zwei Ultraschallzellen angeordnet sind, deren Schallfelder aufeinander und auf dem Lichtstrahl senkrecht stehen, und daß die Ultraschallfelder in den Zellen nach Amplituden und Phasen steuerbar sind, so daß der kohärente Lichtstrahl nach einem vorgegebenen Raster abtasten kann.

12. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ultraschallzelle gebeugte kohärente Licht auf eine Lochblende fokussiert ist und daß das durch die Lochblende hindurchgehende Licht auf eine optisch fokussierende Vorrichtung auftrifft.

13. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende so angeordnet ist, daß sie nur Licht von ganz bestimmten Beugungsordnungen hindurchläßt.

14. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallzelle und die Lochblende außerhalb des optischen Resonators angeordnet sind und die optisch fokussierende Vorrichtung eine Linse ist, die das durch die Lochblende hindurchgehende Licht zur weiteren Übertragung parallelisiert.

15. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallzelle und die Lochblende innerhalb des optischen Resonators angeordnet sind und daß die fokussierende Vorrichtung ein Hohlspiegel ist, der die eine Begrenzung des optischen Resonators ist und das auf ihn auftreffende Licht zurück in das selektiv fluoreszente Medium reflektiert.

16. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Lichtstrahlenbündel mittels einer sich fortflanzenden frequenzmodulierten Ultraschallwelle in der Ultraschallzelle frequenzmoduliert wird.

17. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die sich fortpflanzende frequenzmodulierte Ultraschallwelle zusätzlich noch amplitudenmoduliert ist, so daß dem ausgehenden kohärenten Lichtstrahl eine amplitudenmodulierte Frequenzmodulation aufgeprägt ist.

18. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende so angeordnet ist, daß sie nur Licht der nullten Beugungsordnung hindurchläßt.

19. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 17 eines kohärenten Lichtstrahles aus einem optischen Sender für stetigen Betrieb, da-

durch gekennzeichnet, daß das Ultraschallfeld in der Zelle zwischen der Intensität »Null« und derjenigen Maximalintensität amplitudenmoduliert ist, die nötig ist, um die Lichtintensität der Beugungsverteilung nullter Ordnung zu unterdrücken, so daß dem ausgehenden kohärenten Lichtstrahl die Schallamplitudenmodulation als Lichtamplitudenmodulation aufgeprägt ist.

20. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 16 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Schallfeldes in Übereinstimmung mit einer zu übertragenden Nachricht oder Information erfolgt.

21. Steuerung oder Modulation nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Beugungsverteilung nullter Ordnung so lange unterdrückt wird, bis eine

hohe Überbesetzung der angeregten Atomniveaus erreicht ist, und daß durch Abschalten des Ultraschallfeldes ein kohärenter Lichtimpuls großer Intensität erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Radio Mentor, April 1962, S. 306; Dezember 1962, S. 1016 bis 1020, insbesondere S. 1019/1020;

Physica status solidi, September 1962, S. 1117 bis 1145, insbesondere S. 1142/1143;

Journal of apphed Physics, Dezember 1962, S. 3440 bis 3443;

Elektrisches Nachrichtenwesen, Bd. 37, Nr. 4, Oktober 1962, S. 143;

Bulletin American Physical Society, Ser. II. Bd. 6, Nr. 5 vom 24.11.1961, S. 414, Nr. A2.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen