DE1199884B - Arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier - Google Patents

Arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier

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DE1199884B
DE1199884B DEJ27144A DEJ0027144A DE1199884B DE 1199884 B DE1199884 B DE 1199884B DE J27144 A DEJ27144 A DE J27144A DE J0027144 A DEJ0027144 A DE J0027144A DE 1199884 B DE1199884 B DE 1199884B
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optical
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Robert Vladimir Pole
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/101Lasers provided with means to change the location from which, or the direction in which, laser radiation is emitted

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIsHOIs

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

Nummer: 1199 884Number: 1199 884

Aktenzeichen: J 27144 VIII c/21 fFile number: J 27144 VIII c / 21 f

Anmeldetag: 17. Dezember 1964Filing date: December 17, 1964

Auslegetag: 2. September 1965Opening day: September 2, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Auslenkung des Strahles eines optischen Senders oder Verstärkers.The invention relates to an arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or Amplifier.

Die Verstärkung von Licht durch stimulierte Strahlung ist für Anwendungen im Nachrichtenwesen, in der Optik, bei programmgesteuerten elektronischen Rechenanlagen usw. immer wichtiger geworden, da man jetzt einen sehr energiereichen Lichtstrahl zur Verfügung hat, der zudem kohärent ist. Die Verwendung eines solchen, sehr energiereichen Licht-Strahles ist dort besonders wichtig, wo eine sichtbare Anzeige verwendet wird oder wo es erwünscht ist, einen Raumbereich rasch abzutasten. Dies kann in gewissem Umfang durch bekannte Verfahren erreicht werden, z. B. durch die mechanische Bewegung von Spiegeln oder Prismen oder durch Ausnutzen der elektrisch beeinflußten Doppelbrechung in bestimmten Kristallen. Alle diese bekannten Verfahren jedoch werden entweder außerhalb des optischen Senders oder Verstärkers durchgeführt und sind daher unabhängig von der Art der Lichtquelle, oder sie entsprechen in einigen oder allen der folgenden drei wesentlichen Eigenschaften einer Abtasteinrichtung nicht den Erwartungen:The amplification of light by stimulated radiation is for communications applications, in optics, in program-controlled electronic computing systems, etc. have become more and more important since you now have a very high-energy beam of light available, which is also coherent. The usage such a very energetic light beam is particularly important where there is a visible one Display is used or where it is desired to quickly scan an area of space. This can be done in to some extent can be achieved by known methods, e.g. B. by the mechanical movement of Mirrors or prisms or by taking advantage of the electrically influenced birefringence in certain Crystals. All these known methods, however, are either outside of the optical transmitter or amplifier and are therefore independent of the type of light source or they correspond fails in some or all of the following three essential characteristics of a scanner Expectations:

Anordnung zur Auslenkung des Strahles
eines optischen Senders oder Verstärkers
Arrangement for deflecting the beam
an optical transmitter or amplifier

Anmelder:Applicant:

International Business Machines Corporation,International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, patent attorney,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Robert Vladimir Pole, Yorktown Heights, N. Y.Robert Vladimir Pole, Yorktown Heights, N.Y.

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

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V.St. v. Amerika vom 23.Dezember 1963 (332617)V.St. v. America December 23, 1963 (332617)

Hohe Abtastgeschwindigkeit, hohes Auflösungsvermögen und schnelle Winkelauslenkung. High scanning speed, high resolution and rapid angular deflection.

Zum Beispiel sind mechanische Abtasteinrichtungen naturgemäß langsam. Verfahren, die mit der elektrischen Beinflussung der Doppelbrechung arbeiten, entbehren des Auflösungsvermögens und der schnellen Winkelauslenkung.For example, mechanical scanners are inherently slow. Procedures with the electrical Work influencing the birefringence, lack the resolving power and the fast Angular deflection.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Auslenkung des Strahles eines optischen Senders oder Verstärkers vermeidet die genannten Nachteile dadurch, daß die Symmetrieeigenschaften des durch Kugelspiegel begrenzten optischen Resonators zunächst derart kugelsymmetrisch ausgebildet sind, daß keine Schwingungsachse vor einer anderen ausgezeichnet ist, und erst durch Einwirken elektrischer oder magnetischer Felder derart gestört werden, daß es jeweils nur eine Achse durch das System gibt, entlang deren das System eine maximale Güte aufweist und längs der sich der Ausgangsstrahl ausbreitet.The arrangement according to the invention for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier avoids the disadvantages mentioned by the fact that the symmetry properties of the spherical mirror are limited optical resonator are initially designed so spherically symmetrical that no oscillation axis is distinguished from another, and only are disturbed by the action of electric or magnetic fields in such a way that there is only one axis at a time through the system, along which the system has a maximum quality and along which the output beam is spreads.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine stetige Bewegung der Achse maximaler Güte und damit des Ausgangsstrahles des optischen Senders oder Verstärkers duich zeitliche Veränderungen der die Symmetrieeigenschaften störenden elektrischen oder magnetischen Felder erreicht.According to a further feature of the invention, there is a constant movement of the axis of maximum quality and thus the output beam of the optical transmitter or amplifier duich changes over time the symmetry properties of interfering electrical or magnetic fields are achieved.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung stellt die Ausstrahlungsrichtung zugleich die Richtung optimaler Lichtverstärkung dar. Für diese Art der Strahlenlenkung mußte ein neuartiger optischer Resonator geschaffen werden. Der neuartige optische Resonator des optischen Senders oder Verstärkers, der im folgenden als konjugiert-konzentrischer Resonator bezeichnet sei, bewirkt die hohe Auflösung und die schnelle Winkelauslenkung des Strahles.In the case of the arrangement according to the invention, the emission direction at the same time makes the direction more optimal Light amplification. A new type of optical resonator was required for this type of beam control be created. The novel optical resonator of the optical transmitter or amplifier, hereinafter referred to as a conjugate-concentric resonator, causes the high resolution and the rapid angular deflection of the beam.

Dieser konjugiert-konzentrische Resonator besteht aus einem kugelförmigen, selektiv fluoreszenten Festkörpermedium, das in der Mitte zwischen einem Paar konzentrischer äußerer Kugelspiegel angeordnet ist. Die Entfernung zwischen dem selektiv fluoreszenten Medium und den Spiegeln ist so gewählt, daß die beiden Spiegel gegenseitig optisch konjugiert sind,This conjugate-concentric resonator consists of a spherical, selectively fluorescent solid-state medium, which is located midway between a pair of concentric outer spherical mirrors. The distance between the selectively fluorescent medium and the mirrors is chosen so that the both mirrors are mutually optically conjugated,

d. h., sie befinden sich in bezug auf das als Linse wirkende kugelförmige, selektiv fluoreszente Medium in der Objekt- oder Dingfläche und in der Bildfläche zugleich. Mit anderen Worten wird der optische Resonator nicht nur durch die äußeren Spiegel gebildet, sondern im Gegensatz zum Stand der Technik durch die Kombination dieser Spiegel mit der Linsenwirkung des selektiv fluoreszenten Festkörpermediums. Da eine solche geometrische Anordnung vollständige Kugelsymmetrie aufweist (bis zu den Rändern der Spiegel), ist das System innerhalb dieser Grenzen bezüglich der Winkellage vollständig indifferent. Damit ist gemeint, daß es keine bevorzugte Schwin-d. that is, they are in relation to the spherical, selectively fluorescent medium acting as a lens in the object or thing surface and in the picture surface at the same time. In other words, the optical one Resonator not only formed by the outer mirror, but in contrast to the prior art by the combination of these mirrors with the lens effect of the selectively fluorescent solid-state medium. Since such a geometric arrangement has complete spherical symmetry (up to the edges of the Mirror), the system is completely indifferent to the angular position within these limits. This means that there is no preferred

509 659/195509 659/195

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gungsachse innerhalb dieser Grenzen gibt. Zur Aus- F i g. 4 ein Vektordiagramm, das die Augenblickslenkung des Strahles des optischen Senders wird die werte zweier kartesischer Komponenten des von dem optische Symmetrie des Systems über von außen im Resonator des optischen Senders oder Verstärkers zugeführte und gesteuerte elektrische oder magnetische angebrachten selektiv fluoreszenten Medium ausFelder gestört. Diese äußeren Felder bewirken die 5 gehenden Lichtvektors zeigt,axis within these limits. Go to F i g. 4 is a vector diagram showing the instantaneous deflection of the beam from the optical transmitter is the values of two Cartesian components of the from the optical symmetry of the system from outside in the resonator of the optical transmitter or amplifier supplied and controlled electrical or magnetic attached selectively fluorescent medium from fields disturbed. These outer fields cause the 5 going light vector shows

Störung der Symmetrie durch Ändern des Polari- F i g. 5 ein Beispiel für ein Abtastsystem, bei demDisturbance of symmetry by changing the polar F i g. 5 shows an example of a scanning system in which

sationszustandes des Lichtstrahles, der den Zwischen- der Abtaststrahl durch den Ausgangsstrahl einesstate of the light beam, the intermediate of the scanning beam through the output beam of a

raum zwischen dem selektiv fluoreszenten Medium optischen Senders oder Verstärkers gebildet wirdSpace is formed between the selectively fluorescent medium of the optical transmitter or amplifier

und den äußeren Spiegeln durchläuft. Die äußeren und das nach dem magnetooptischen Kerr-Effektand goes through the outer mirrors. The outer ones and that according to the magneto-optical Kerr effect

Felder sind so bemessen und die Materialien in dem io arbeitet,Fields are sized and the materials in which io works

Zwischenraum so gewählt, daß die Störung, die sich F i p. 6 eine graphische Darstellung der magnetiin Brechung und Polarisation auswirkt, derartig ist, sehen Feldstärke als Funktion der Winkelkoordinate «, daß zu jedem beliebigen Zeitpunkt und für jede die dazu dient, die Wirkungsweise des Systems nach gegebene äußere Spannung oder jeden gegebenen F i g. 5 verständlich zu machen,
äußeren Strom es nur eine einzige Achse durch das 15 F i g. 7 ein Vektordiagramm, das die Drehung des System gibt, entlang deren das System minimale Lichtvektors E0 an verschiedenen Punkten längs der Verluste oder eine maximale Güte Q aufweist. Infolge- Achse des Systems zeigt, und
dessen neigt der optische Sender oder Verstärker auf F i g. 8 eine graphische Darstellung des Reflexions-Grund der Nichtlinerität seiner Schwingungseigen- Vermögens längs der Oberfläche eines Spiegels des schäften dazu, nur in der Richtung der maximalen 20 Resonators des optischen Senders oder Verstärkers Güte Q zu schwingen. Mit anderen Worten, nur als Funktion der Winkelkoordinate α.
derjenige Schwingungstyp aus einer unendlichen An- In Fig. 1 ist nur der konjugiert-konzentrische zahl von möglichen Schwingungstypen, dessen Aus- optische Resonator dargestellt, der entweder kugelbreitungsrichtung mit der Achse der maximalen symmetrisch oder zylinderförmig ausgebildet ist. Das Güte Q zusammenfällt, wird aufrechterhalten, alle 25 selektiv fluoreszente Medium 2 besteht entweder aus anderen nicht. Da die Winkellage der Achse maximaler Galliumarsenid oder aus einem Rubin, der normaler-Güte Q eine Funktion der äußeren Felder ist, ergeben weise mit Chrom, Neodym oder irgendeinem anderen die zeitlichen Veränderungen dieser Felder eine stetige Festkörpermaterial dotiert ist, und zeigt einen durch Abtastbewegung durch einen Schwingungstyp. Stimulation erzielbaren Verstärkungseffekt, wenn es
Gap chosen so that the disturbance that F i p. 6 is a graphical representation of the effects of magnetism in refraction and polarization, such as seeing field strength as a function of the angular coordinate, that at any given point in time and for each which serves to determine the operation of the system according to a given external voltage or any given figure. 5 to make understandable,
external current there is only a single axis through the 15 F i g. 7 is a vector diagram giving the rotation of the system along which the system has minimum light vector E 0 at various points along the losses or a maximum Q Q. The following axis of the system shows, and
of this, the optical transmitter or amplifier tends to be F i g. 8 is a graphical representation of the reflection cause of the non-linearity of its own vibration properties along the surface of a mirror of the shaft to vibrate only in the direction of the maximum 20 resonators of the optical transmitter or amplifier Q-Q . In other words, only as a function of the angle coordinate α.
In Fig. 1 only the conjugate-concentric number of possible vibration types, whose optical resonator is shown, which is either spherical width direction with the axis of the maximum symmetrical or cylindrical. The quality Q coincides is maintained, all 25 selectively fluorescent medium 2 either does not consist of others. Since the angular position of the axis of maximum gallium arsenide or of a ruby, the normal quality Q, is a function of the external fields, the time changes in these fields with chromium, neodymium or any other result in a steady solid material doped with, and shows you through a scanning movement a vibration type. Stimulation achievable reinforcement effect if there is

Die Geschwindigkeit, mit der die Abtastung aus- 30 mit der Anregungsenergie L angeregt wird. Solch einThe speed at which the scanning is excited with the excitation energy L. Such a

geführt werden kann, ist entweder durch die Ge- selektiv fluoreszentes Medium mit einem Brechungs-can be performed is either through the Ge selectively fluorescent medium with a refractive

schwindigkeit, mit der die äußeren Felder verändert index η ist kugelförmig ausgebildet. Die Spiegel mx speed at which the external fields change index η is spherical. The mirror m x

werden können, oder durch die natürliche Verzö- und m2 mit den Krümmungsradien R sind konzen-can be, or through the natural deceleration and m 2 with the radii of curvature R are concen-

gerungszeit des gewählten selektiv fluoreszenten Me- irisch. Die das selektiv fluoreszente Medium 2 umge-aging time of the selected selectively fluorescent Me- Irish. Which surrounds the selectively fluorescent medium 2

diums begrenzt. Beide Grenzen sind von der Art, 35 bende und zwischen den Spiegeln mx und m2 befind-diums limited. Both boundaries are of the type 35 and located between the mirrors m x and m 2

daß eine Abtastgeschwindigkeit, die 1 MHz über- liehe Substanz 4 kann aus irgendeinem Material, auchthat a scanning speed that 1 MHz over- lent substance 4 can be made of any material, too

schreitet, leicht erreicht wird. aus Luft bestehen, solange sein Brechungsindex n0 strides, is easily achieved. consist of air as long as its refractive index n 0

Die Auslösung des Systems, d. h. die Kleinheit eines kleiner ist als der Brechungsindex η und die Substanz Punktes auf einem der Spiegel des Hohlraumes des eine genügend hohe Durchläßigkeit für das von dem optischen Senders oder Verstärkers wird nur durch 40 optischen Sender oder Verstärker erzeugte Licht die numerische Apertur des Systems bestimmt. In aufweist. Der Radius R des optischen Resonators der Praxis wird die numerische Apeitur durch die wird gemäß der bekannten Gaußschen Linsenformel sphärische Aberration des erfindungsgemäßen optischen Resonators des optischen Senders oder Ver- R — ^i (i)The triggering of the system, i.e. the smallness of one is smaller than the refractive index η and the substance point on one of the mirror of the cavity of a sufficiently high permeability for the light generated by the optical transmitter or amplifier is only numerical by 40 optical transmitters or amplifiers The aperture of the system is determined. In has. The radius R of the optical resonator in practice becomes the numerical aperture through which, according to the known Gaussian lens formula, the spherical aberration of the optical resonator according to the invention of the optical transmitter or V - ^ i (i)

stärkers vermindert. Verschiedene mögliche Abwand- 45 nn0 — no z more diminished. Various possible modifications 45 nn 0 - n o z

lungen des Resonators des optischen Senders oderlungs of the resonator of the optical transmitter or

Verstärkers, durch die die sphärische Aberration ver- gewählt, in der η größer ist als H0. Kurz gesagt wirdAmplifier, through which the spherical aberration is selected, in which η is greater than H 0 . In short it is

ringert wird, werden später erörtert. R so gewählt, daß infolge der Linsenwirkung deswrestling will be discussed later. R chosen so that as a result of the lens effect of the

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Rubins 2 die beiden Spiegel mx und m2 die Gegenaus der genaueren Beschreibung eines bevorzugten 50 stands- und Bildfläche des Rubins 2 werden. So erfüllt Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung der Rubin 2 zwei hauptsächliche Funktionen, nämlich mit den Zeichnungen; in diesen zeigt er dient als stimulierbares Medium der VerstärkungFurther details of the invention result from the ruby 2, the two mirrors m x and m 2, which are the opposite of the more detailed description of a preferred standing and image surface of the ruby 2. Thus, the embodiment of the invention in connection with the ruby 2 fulfills two main functions, namely with the drawings; in these shows it serves as a stimulable medium of reinforcement

F i g. 1 schematisch ein Strahlendiagramm des und zugleich als Linse. Das für das selektiv fluoreskonjugiert-konzentrischen optischen Resonators ge- zente Medium 2 gewählte Material sollte die Anmaß der Erfindung, 55 regungsenergie L leicht in stumulierte Strahlung um-F i g. 1 schematically shows a ray diagram of and at the same time as a lens. The material chosen for the selectively fluores-conjugate-concentric optical resonator-specific medium 2 should meet the requirements of the invention, 55 excitation energy L easily converted into stumbled radiation.

F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des in wandeln und sollte auch als Linse gemäß der obenF i g. 2 another embodiment of the convert in and should also be used as a lens according to the above

F i g. 1 dargestellten konjugiert-konzentrischen op- angegebenen Formel (1) dienen,F i g. 1 shown conjugate-concentric op- given formula (1) serve,

tischen Resonators, Aus der Geometrie der F i g. 1 ist offensichtlich,table resonator, from the geometry of F i g. 1 is obvious

F i g. 3 ein Beispiel eines Abtastsystems, bei dem daß diese Art des optischen Resonators vollständigF i g. Fig. 3 shows an example of a scanning system in which this type of optical resonator is completely

der Abtaststrahl durch den Ausgangsstrahl eines 60 kugelsymmetrisch ist (innerhalb der Ränder derthe scanning beam through the output beam of a 60 is spherically symmetric (within the edges of the

optischen Senders oder Verstärkeis gebildet wird und Spiegel Jn1 und m2). Folglich ist der optische Resonatoroptical transmitter or amplifier is formed and mirrors Jn 1 and m 2 ). Hence the optical resonator

bei dem der elektrooptische Kerr-Effekt benutzt wird. innerhalb dieser Grenzen ebenfalls vollständig indif-in which the electro-optical Kerr effect is used. within these limits also completely indifferent

Im rechten Teil der F i g. 3 ist eine Abtastung in der ferent. Darüber hinaus ist es für die Fachleute klar,In the right part of FIG. 3 is a scan in the ferent. In addition, it is clear to the professionals

X-Z-Ebene dargestellt, und die in ihrem linken Teil daß eine der transversalen GrundschwingungstypenX-Z plane shown, and in its left part that one of the transversal fundamental modes

dargestellte Anordnung, die der im rechten Teil 5g dieses optischen Resonators, d. h. die Verteilung desThe arrangement shown, which is in the right part 5g of this optical resonator, d. H. the distribution of the

dargestellten entspricht und nur um 90° um die elektromagnetischen Feldes, die in F i g. 1 gezeigteand only by 90 ° around the electromagnetic field shown in FIG. 1 shown

Z-Achse gedreht wurde, dient der Abtastung in der Form besitzt, die durch den Verlauf der äußerenZ-axis has been rotated, is used for scanning in the form possessed by the course of the outer

7-Z-Ebene, Strahlen P P1P1' p' und P P2 P2' P' gemäß der geome-7-Z-plane, rays PP 1 P 1 'p' and PP 2 P 2 'P' according to the geometrical

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irischen Optik angenähert ist. Die grundlegende auf dem Spiegel Tn1 oder m2. Für die erhaltene AufEigenschaft eines solchen Schwingungstyps ist, daß lösung ist ein Vergrößerungsverhältnis von 1:1 er auf den Flächen der Spiegel Tn1 und m2 konvergiert. vorausgesetzt.Irish optics is approximated. The basic on the mirror Tn 1 or m 2 . For the obtained property of such a vibration type, that solution is a magnification ratio of 1: 1, it converges on the surfaces of the mirrors Tn 1 and m 2. provided.

Mit anderen Worten, die maximale Energiekonzen- Da das Volumen des selektiv fluoreszenten Metration tritt an den Punkten auf der Kugel auf, die 5 diums 2, das auf Grund sphärischer Aberrationen auf den Flächen der Spiegel liegen. nicht an der Verstärkung beteiligt ist, nutzlos mitIn other words, the maximum energy concentration because the volume of the selectively fluorescent metration occurs at the points on the sphere, the 5 diums 2, which are due to spherical aberrations on the surfaces of the mirrors. not involved in the reinforcement, useless with

Auf Grund der hohen Indifferenz des optischen Anregungsenergie beaufschlagt wird, ist es erwünscht, Resonators kann er eine oder viele solcher Grund- daß als Linse wirkende selektiv fluoreszente Medium 2 Schwingungstypen gleichzeitig aufrechterhalten, deren So zu formen, daß das unbenutzte Volumen minimal Schwingungen längs irgendeiner Richtung P P' inner- l0 wird. In F i g. 2 ist eine mögliche Abwandlung der halb des durch die äußeren Durchmesser der Spiegel Tn1 Form des stimulierbaren Mediums 2 dargestellt, durch und /H2 bestimmten Kegels erfolgen. Wenn keine die die schädliche Wirkung der sphärischen Aberäußeren absichtlichen Störungen oder Operationen ration vei mindert wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß zur Auswahl eines Schwingungstypes vorgenommen bei A und A' Teile des ursprünglich kugelförmigen, werden, hängt sowohl die Anzahl dieser konvergenten 15 selektiv fluoreszenten Mediums entfernt wurden, so Schwingungstypen als auch ihre Richtung nur von daß das in das selektiv fluoreszente Medium 2 einden Störungen auf Grund der Inhomogenität des tretende Anregungslicht keine Verluste in den Teilen Materials, der Fehlausrichtung der Spiegel und der des selektiv fluoreszenten Mediums erleidet, die Fehlstellen auf ihnen wie auch von den Störungen keinem nutzbaren Zwecke dienen. Zur Verringerung auf Grund der Inhomogenität in der Verteilung und 20 der schädlichen Wirkung der sphärischen Aberration in der Größe der Anregungsenergie L ab. können noch viele andere Maßnahmen ergriffenDue to the high indifference of the optical excitation energy is applied, it is desirable resonator may comprise one or many such base that acts as a lens selectively fluorescent medium maintained for 2 types of vibration at the same time, the S o to be formed, that the unused volume of minimal oscillations along any Direction PP 'is within 10 . In Fig. 2 is a possible modification of the half of the shape of the stimulable medium 2 represented by the outer diameter of the mirror Tn 1 , made by and / H 2 . Unless the deliberate disturbance or operation of the spherical but external effects is diminished. From Fig. 2 it can be seen that for the selection of a vibration type made at A and A ' parts of the originally spherical, depend both the number of these convergent 15 selectively fluorescent medium were removed, so vibration types and their direction only depends on the fact that the selective fluorescent medium 2 einden no losses due to the inhomogeneity of the emerging excitation light, the misalignment of the mirrors and that of the selectively fluorescent medium, the imperfections on them as well as from the disturbances do not serve any useful purpose. To reduce off due to inhomogeneity in the distribution and 20 of the harmful effect of the spherical aberration in the size of the excitation energy L. Many other actions can be taken

Gemäß der Erfindung werden absichtlich Störungen werden, aber sie sind für die in F i g. 1 dargestellteAccording to the invention there will be deliberate interference, but they are for those in FIG. 1 shown

in dem optischen Resonator hervorgerufen, um eine Erfindung nebensächlich. Es werden solche Maß-caused in the optical resonator to an invention incidental. There are such measures

dieser Schwingungstypen, die zu einem gegebenen nahmen ergriffen, die mit der Art des als selektivthose types of vibrations that took to a given one took hold of the nature of being selective

Zeitpunkt in einer gewünschten Richtung schwingen, 35 fluoreszentes Medium 2 benutzten Materials vereinbarSwing point in time in a desired direction, 35 fluorescent medium 2 material used compatible

auszuwählen._ _ sind. Es ist jedoch nicht erforderlich, die vielenare to be selected. However, it doesn't require the many

Die Weite P1' P2' der Verteilung der Schwingungs- Kombinationen der kugelförmigen, selektiv fluorestypen auf der Oberfläche des als Linse wirkenden zenten Medien für einen optischen Sender oder Verselektiv fluoreszenten Mediums 2 bestimmt die Größe stärker und die Maßnahmen zur Korrektur der des Lichtflecks auf den Spiegeln Tn1, mz. Genauer 30 sphärischen Aberration, die benutzt werden können, gesagt ist diese Größe, die mit der Auflösung darzulegen. Um die Reflexionsverluste an den Grenzdes Systems in Verbindung steht, eine Funktion flächen zwischen dem als Linse wirkenden selektivThe width P 1 'P 2 ' of the distribution of the vibration combinations of the spherical, selectively fluorestypes on the surface of the acting as a lens zenten media for an optical transmitter or Verselektiv fluorescent medium 2 determines the size stronger and the measures to correct the light spot the mirrors Tn 1 , m z . More precisely 30 spherical aberrations that can be used, said this size is to be used with the resolution to expose. Related to the reflection losses at the boundary of the system, a function area between the one acting as a lens is selective

seiner numerischen Apertur NA = -^j^—r, worin fluoreszenten Medium 2 und dem es umgebendenits numerical aperture NA = - ^ j ^ -r, wherein fluorescent medium 2 and the one surrounding it

_ _ 2(R — r> Medium 4 zu verringern, können die Flächen S und 5_ _ 2 (R - r> Medium 4 to decrease, the areas S and 5

D0 = P1' P2'. Die Berechnungen der Schwingungs- 35 mjt einem Antireflexionsbelag versehen werden, D 0 = P 1 ' P 2 '. The calculations of the vibration 35 m j t be provided with an anti-reflective coating,

typen zeigen, daß der Durchmesser D eines solchen Das in F i g. 1 dargestellte selektiv fluoreszentetypes show that the diameter D of such a Das in FIG. 1 shown selectively fluorescent

Lichtflecks auf den Spiegeln folgendermaßen ausge- Medium 2 hat die Form einer Kugel vom Radius r The light spot on the mirrors is as follows: Medium 2 has the shape of a sphere with radius r

drückt werden kann: (oder die Form eines Zylinders mit dem Radius r, can be expressed: (or the shape of a cylinder with radius r,

1,22 · λ falls nur ein Abtastgerät für eine zweidimensionale1.22 · λ if only one scanner for a two-dimensional

D m 1,6 · Da = 1,6 · -^ > 40 Abtastung gewünscht wird) bei einem Brechungsindex n. Die kugelförmigen Spiegel Tn1 und mz haben D m 1.6 · Da = 1.6 · - ^> 40 sampling is desired) with a refractive index n. The spherical mirrors Tn 1 and m z have

worin λ die Wellenlänge der Ausgangsstrahlung des den gleichen Radius R, und der Brechungsindex des optischen Senders oder Verstärkers ist und 1,6 ein das selektiv fluoreszente Medium 2 umgebenden Zahlenfaktor, der sich aus den obigen Rechnungen Materials ist n0. Die Materialien und Abmessungen ergibt, und Da ist der Durchmesser des Airy-Scheib- 45 , «o j -n · t. π nr ... ,„. chens für diese numerische Apertur. werden Seraaß der Bez»ehunS R = „^r^ &™™-> In F i g. 1 ist der Winkel β der Winkel zwischen worin η größer ist als n0. Die Krümmungsradien ^1 einer Hauptachse P P' und dem äußersten Strahl und R2 der Spiegel Tn1 und m2 brauchen nicht gleich P1' P'. Wenn das selektive fluoreszente Medium 2 zu sein, aber solche Unterschiede haben keinen aus einem Rubin besteht, ist der Brechungsindex 50 Einfluß auf das Verhalten des Systems, solange die η — 1,76, und der Brechungsindex n0 für Nitrobenzol beiden Spiegelflächen optisch konjugiert sind. Unterbeträgt 1,553. Die numerische Apertur des als Linse schiedliche Krümmungsradien ergeben lediglich eine wirkenden selektiv fluoreszenten Mediums 2 beträgt verschiedene optische Vergrößerung.where λ is the wavelength of the output radiation of the same radius R, and the refractive index of the optical transmitter or amplifier, and 1.6 is a numerical factor surrounding the selectively fluorescent medium 2, which is n 0 from the above calculations. The materials and dimensions results, and Da is the diameter of the Airy disk 45, « o j -n · t. π no ..., ". chens for this numerical aperture. S are eraaß of Bez "ehun S R =" ^ r ^ & ™™ -> In F i g. 1, the angle β is the angle between where η is greater than n 0 . The radii of curvature ^ 1 of a main axis PP ' and the outermost ray and R 2 of the mirrors Tn 1 and m 2 need not be equal to P 1 ' P '. If the selective fluorescent medium is 2, but such differences do not consist of a ruby, the refractive index 50 has an influence on the behavior of the system as long as the η - 1.76 and the refractive index n 0 for nitrobenzene are optically conjugated to both mirror surfaces . Less than 1.553. The numerical aperture of the different radii of curvature as a lens only result in an effective, selectively fluorescent medium 2 with different optical magnifications.

sin/SoderfürverhältnismäßigkleineWinkeltaniS^^. We Ri~** = f |emaf <*« Beziehung (1)sin / S or for relatively small angle aniS ^^. We R i ~ ** = f | ema f <* «relationship (1)

r R 55 gewählt wurde, wird das kugelförmige selektiv r R 55 was chosen, the spherical one becomes selective

Das Verhältnis -f kann mit Hilfe der Gleichung (1) flu0te Medium 2 als eine Linse mit einer Ver-Can -f the ratio using the equation (1) flu0te medium 2 as a lens with a comparison

R 6 v ' großerung von 1:1, so daß ein Punkt P maximaler R 6 v ' enlargement of 1: 1, so that a point P is maximal

ausgedrückt werden als n0 - *-, das den Wert 0,17 E,ne^ie d" Ausgangsstrahles des optischen Sendersare expressed as n 0 - * - , which has the value 0.17 E , ne ^ ie d "output beam of the optical transmitter

u η als der Objektpunkt angesehen wird und der andere u η is regarded as the object point and the other

annimmt. Der entsprechende Durchmesser D0 des 60 Punkt P' maximaler Energie der Bildpunkt des Ausklassischen Airy-Scheibchens ist D = 1>2 2 * °'7 -=5u.m gangsstrahles ist. Irgendein anderer Punkt β auf deraccepts. The corresponding diameter D 0 of the 60 point P 'of maximum energy of the image point of the Auslassischen Airy disk is D = 1> 2 2 * °' 7 - = 5u.m transmission beam. Any other point β on that

0 0,17 · Oberfläche des Spiegels Tn1 wird durch das als Linse 0 0.17 r · · surface of the mirror Tn 1 is used as a lens

Die tatsächliche Größe des Lichtflecks des angeregten wirkende selektiv fluoreszente Medium 2 als Punkt Q' The actual size of the light spot of the excited acting selectively fluorescent medium 2 as point Q '

Schwingungstyps ist 60 % größer, d. h. D = 8 μΐη. auf der Fläche des Spiegels m% abgebildet. Durch dieVibration type is 60% larger, ie D = 8 μΐη. imaged on the surface of the mirror m %. Through the

Die Auflösung des erfindungsgemäßen Systems über- 65 Linsenwirkung des selektiv fluoreszenten Mediums 2The resolution of the system according to the invention via the lens effect of the selectively fluorescent medium 2

trifft die Auflösung der besten bekannten Geräte für stellt jeder der beiden Spiegel Tn1 und m2 die Bildflächemeets the resolution of the best known devices for each of the two mirrors Tn 1 and m 2 represents the image area

Lichtfleckabtastung um eine Größenordnung und ist des anderen dar. Der optische Resonator des optischenLight spot scanning by an order of magnitude and is the other. The optical resonator of the optical

auch unabhängig von der Winkellage des Lichtflecks Senders oder Verstärkers nach F i g. 1 erhält allealso regardless of the angular position of the light spot transmitter or amplifier according to FIG. 1 receives all

7 87 8

Schwingungstypen gleich gut aufrecht. Solche Schwin- Feld ausgesetzt sind. Die beiden Komponenten sind:Vibration types equally well upright. Such a Schwin field are exposed. The two components are:

gungstypen besitzen die Form des durch die Strahlen erstens diejenige, die parallel zum elektrischen Feldtypes of movement have the form of the rays, first of all, those that are parallel to the electric field

P P1 P1' P' und P P2 P2' P' eingeschlossenen Vo- verläuft, und zweitens diejenige, die senkrecht zu demPP 1 P 1 'P' and PP 2 P 2 'P' enclosed Vo- runs, and second, those that run perpendicular to the

lumens. äußeren elektrischen Feld verläuft.lumens. external electric field runs.

Nun seien an Hand der F i g. 3 die Mittel zur 5 Es wird angenommen, daß ein Polarisator 28Now let the F i g. 3 the means for 5 It is assumed that a polarizer 28

Aufhebung der obenerwähnten winkelmäßigen In- zwischen dem als Linse wirkenden selektiv fluores-Abolition of the above-mentioned angular in-between the selective fluorescent acting as a lens

differenz des optischen Resonators durch Stören zenten Medium und dem es umgebenden Medium 4Difference between the optical resonator and the medium surrounding it 4

der optischen Symmetrie des konjugiert-konzen- eingefügt ist. Bei der Verwendung von Kristallen,the optical symmetry of the conjugate-concen-is inserted. When using crystals,

irischen optischen Resonators mittels eines von außen wie Rubin, als selektiv fluoreszentes Medium wirktIrish optical resonator by means of an externally such as ruby, which acts as a selectively fluorescent medium

angelegten und gesteuerten elektrischen Feldes be- ίο der Kristall selbst als Polarisator 28 auf Grund derapplied and controlled electrical field be ίο the crystal itself as a polarizer 28 due to the

schrieben. Die grundlegenden Merkmale des in polarisierten Natur seiner Fluoreszenz. Wenn daswrote. The basic characteristics of the polarized nature of its fluorescence. If that

F i g. 3 dargestellten Verfahrens sind, die vorher von dem selektiv fluoreszenten Medium 2 ausgehendeF i g. 3 are the method which previously proceeded from the selectively fluorescent medium 2

erwähnte Störung als auch die Abtastbewegung der Licht in einer Richtung linear polarisiert ist, die inmentioned disturbance as well as the scanning movement of the light is linearly polarized in a direction which in

Achse maximaler Güte Q zu erzielen. Dies wird durch einer Ebene liegt, die mit den Achsen X und Y einenAxis of maximum quality Q to achieve. This is located by a plane that coincides with the X and Y axes

die Wechselwirkung einer zeitlich veränderlichen, 15 Winkel von 45° einschließt (s. Fig. 4), und dasthe interaction of a time-variable, 15 angle of 45 ° includes (see Fig. 4), and that

räumlich invarianten Phasenverzögerung einer Korn- äußere Feld / so orientiert ist, wie das in F i g. 4spatially invariant phase delay of a grain outer field / is oriented as shown in FIG. 4th

ponente des elektrischen Feldes in einen Teil des dargestellt ist, treffen die beiden Komponenten ex component of the electric field is shown in a part of the, meet the two components e x

optischen Resonators und der räumlich veränder- und ey nach dem Durchlaufen des Nitrobenzols 4optical resonator and the spatially variable and e y after passing through the nitrobenzene 4

liehen, aber zeitlich invarianten Phasenverzögerung an den inneren Flächen des Kompensators 24 mitborrowed, but time-invariant phase delay on the inner surfaces of the compensator 24 with

der gleichen Komponente des Feldes in einem anderen 20 einer relativen Phasenverzögerung δχ ein. Bei demthe same component of the field in another 20 a relative phase delay δχ a. In which

Teil des optischen Resonators bewirkt. Bei der in Durchlaufen des Kompensators 24,26 erleiden diePart of the optical resonator causes. When going through the compensator 24,26 suffer

F i g. 3 dargestellten Anordnung kann das selektiv Komponenten ex und ey eine andere relative Phasen-F i g. 3 arrangement, the selective components e x and e y can have a different relative phase

fhioreszente Medium 2 ein Rubin und das Material 4 verzögerung öc. Die erste Phasenverzögerung δ κ istfhiorescent medium 2 a ruby and the material 4 delay öc. The first phase delay is δ κ

zwischen den Spiegeln W1 und m2 Nitrobenzol sein. abhängig von dem angelegten elektrischen Feld /,between the mirrors W 1 and m 2 be nitrobenzene. depending on the applied electric field /,

Nitrobenzol wurde deswegen gewählt, weil es eine 25 das zeitlich veränderlich ist, aber unabhängig von derNitrobenzene was chosen because it is a 25 that changes over time, but is independent of the

hohe Kerr-Konstante besitzt. Andere Materialien, Winkelkoordinate <x. Daher gilt: δ κ = δ κ [/(O]- Diehas a high Kerr constant. Other materials, angle coordinate <x. Therefore: δ κ = δ κ [/ (O] - The

die eine hohe Kerr-Konstante besitzen, können zweite Phasenverzögerung δα ist jedoch zeitunab-which have a high Kerr constant, the second phase delay δα is independent of time.

ebenfalls gewählt werden, solange die vorher ange- hängig, aber abhängig von der Winkelkoordinate cc, can also be selected as long as the previously pending, but dependent on the angular coordinate cc,

gebene Beziehung (1) erfüllt ist. Die Elektroden 20 so daß gilt: δα = dc (οι). Nach der Reflexion amgiven relationship (1) is fulfilled. The electrodes 20 so that the following applies: δα = dc (οι). After the reflection on

und 22 sind mit einer geeigneten, nicht dargestellten 3° Spiegel m2 erfahren die beiden Komponenten ex undand 22 are experienced with a suitable 3 ° mirror m 2 , not shown, the two components e x and

Spannungsquelle verbunden, um ein elektrisches ey des Lichtvektors die gleichen Verzögerungen öc Voltage source connected to an electrical e y of the light vector the same delays öc

Feld /, das parallel zur Zeichenebene verläuft, anzu- und δκ, bevor sie durch den Polarisator 28 in dasField /, which runs parallel to the plane of the drawing, to and δκ, before being passed through the polarizer 28 into the

legen. Die optische Achse 23 des Nitrobenzols ver- selektiv fluoreszente Medium 2 zurückkehren. Beiplace. The optical axis 23 of the nitrobenzene selectively fluorescent medium 2 return. at

läuft parallel zum elektrischen Feld /. Ein optischer ihrer Rückkehr durch den Polarisator 28 könnenruns parallel to the electric field /. An optical of their return through the polarizer 28 can

Kompensator, der im Prinzip gleich wirkt wie ein 35 die beiden Komponenten ex und ey folgendermaßenCompensator, which in principle acts in the same way as a 35 the two components e x and e y as follows

Babinet-Kompensator, ist aus Glas oder einem ausgedrückt werden:
geeignet vorgereckten KunststofF24 und einem dünnen,
Babinet compensator, is made of glass or can be expressed as:
suitable pre-stretched KunststofF24 and a thin,

spitz zulaufenden Glas- oder Kunststoffabschnitt 26 ex — Exq~'°" ,
aus dem gleichen Material wie der Teil 24, aber nicht
pointed glass or plastic section 26 e x - E x q ~ '° ",
made of the same material as part 24, but not

vorgereckt, hergestellt. Die optische Achse 25 des 40 e — β s~'[a"~2(aK~dc)]_ ^)
sich verjüngenden Abschnittes 24 verläuft senkrecht
pre-stretched, manufactured. The optical axis 25 of the 40 e - β s ~ '[ a "~ 2 ( a K ~ d c)] _ ^)
tapered section 24 is perpendicular

optischen Kerr-Effektes entsteht eine relative Phasen- Komponenten ex und ey passieren. Daher ist deroptical Kerr effect creates a relative phase components e x and e y happen. Hence the

verzögerung zwischen den beiden Komponenten des 45 kombinierte Augenblickswert des Feldes e, das dasdelay between the two components of the 45 combined instantaneous value of the field e that corresponds to the

Lichtvektors, wenn sie bestimmte Materialien wie selektiv fluoreszente Medium 2 erreicht, durch dieLight vector when it reaches certain materials such as selectively fluorescent medium 2, through the

Nitrobenzol durchlaufen, die einem starken elektrischen folgende Beziehung gegeben:Go through nitrobenzene, which gives a strong electrical the following relationship:

e = ψ (ex + ev) = ψ <Γ'" [ex + Ey ^2C*"'*)] . (3) e = ψ (e x + e v ) = ψ <Γ '"[e x + E y ^ 2 C *"' *)]. (3)

Die resultierende Lichtintensität, die beim selektiv fluoreszenten Medium 2 eintrifft, kann folgendermaßen ausgedrückt werden:The resulting light intensity arriving at the selectively fluorescent medium 2 can be as follows can be expressed:

I = <e. e*y = — [<£^> + <£^> + 2 }ß^Ey cos2 κ - δ O)], (4) I = < e . e * y = - [<£ ^> + <£ ^> + 2 } ß ^ Ey cos 2 κ - δ O)] , (4)

JaYes

worin der Stern die konjugiert-komplexe Größe sich an Stelle der Gleichung (4):where the asterisk is the conjugate complex quantity instead of equation (4):

bezeichnet und die Klammern < > die zeitliche 1and the brackets <> the temporal 1

Mittelwertbildung. Bei der Vernachlässigung der Ab- 60 / = ~j To P- + cos 2 K - öc)] = T0 cos2 κ - öc). Averaging calculation. When neglecting the ab- 60 / = ~ j T o P- + cos 2 K - öc)] = T 0 cos 2 κ - ö c ).

sorption der beiden Komponenten ex und ey erhält ,,,.sorption of the two components e x and e y receives ,,,.

man die folgende Beziehung: *■ ' one has the following relation: * ■ '

Das effektive Reflexionsvermögen als Funktion derThe effective reflectivity as a function of

(ExZy — (Ey 2y — --, (5) Zeit und der Winkellage kann nun durch die folgende (E x Zy - (E y 2 y - -, (5) time and the angular position can now be given by the following

2 ' 65 Beziehung ausgedrückt werden:2 '65 relationship can be expressed:

worin I0 die Eingangsintensität des an dem Polari- Reffif, a) = -~ = cos2 [δκ(ή — <5c(a)]. (7)where I 0 is the input intensity of the at the Polari Reffif, a) = - ~ = cos 2 [δκ (ή - <5c (a)]. (7)

sator 28 eintreffenden Lichtes darstellt. Dann ergibt ·*Sator 28 represents incoming light. Then *

Mit anderen Worten, mittels der durch den Kerr-Effekt erreichten Phasenverzögerung (unter Benutzung eines von außen angelegten elektrischen Feldes f) und der durch den Babinet-Kompensator erzielten, von der Winkelkoordinate abhängigen Phasenver-Schiebung erhält man eine Intensität des in das selektiv fluoreszente Medium 2 zurückkehrenden Lichtes, die sowohl von der Zeit als auch vom Winkel abhängt.In other words, by means of the phase delay achieved by the Kerr effect (using an externally applied electric field f) and the phase shift achieved by the Babinet compensator, which is dependent on the angle coordinate, an intensity of the in the selectively fluorescent medium is obtained 2 returning light, which depends on both time and angle.

Da die Güte Q des optischen Resonators proportional ist zu dem effektiven Reflexionsvermögen Reff, ist ersichtlich, daß die Lage der Achse der maximalen Güte Q abhängig ist von der angelegten Spannung (die zeitlich veränderlich ist), und die Form der cosa-Funktion in Gleichung (7) dient dazu, alle Schwingungstypen außer denen, deren Achsen dicht mit der Achse der maximalen Güte Q zusammenfallen, zu unterdrücken. Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, sollte das maximale Winkelfeld 2«0 so beschaffen sein, daß das Auftreten von zwei Maxima der Refiexionsfunktion Reff innerhalb seines Bereiches verhindert ao wird. Die Periode ρ sollte größer sein als 2«0, da sonst eine zweifache Indifferenz in dem System auftritt.Since the Q of the optical resonator is proportional to the effective reflectivity R e ff, it can be seen that the position of the axis of the maximum Q depends on the applied voltage (which is variable with time) and the shape of the cos a function in equation (7) serves to suppress all types of vibration except those whose axes coincide closely with the axis of maximum quality Q. As can be seen from FIG. 8, the maximum angular field 2 « 0 should be such that the occurrence of two maxima of the reflection function Reff within its range is prevented. The period ρ should be greater than 2 « 0 , otherwise a twofold indifference occurs in the system.

Das Einstellen der Achse der maximalen Güte Q in der F-Z-Ebene, d. h. das Abtasten in der F-Z-Ebene kann in der gleichen Weise durchgeführt werden, indem die in dem linken Teil der F i g. 3 dargestellte Anordnung mit den gleichen physikalischen Einrichtungen versehen wird, jedoch um 90° um die Z-Achse gedreht, die im rechten Teil der F i g. 3 dargestellt sind.The setting of the axis of the maximum quality Q in the FZ plane, ie the scanning in the FZ plane, can be carried out in the same way by the steps shown in the left part of FIG. 3 is provided with the same physical facilities, but rotated by 90 ° about the Z-axis, which is shown in the right part of FIG. 3 are shown.

F i g. 5 zeigt eine andere Möglichkeit zur Durchführung einer Abtastung. Die benutzte Einrichtung unterscheidet sich von der in F i g. 3 dargestellten dadurch, daß sie den magnetooptischen Faraday-Effekt an Stelle des elektrooptischen Kerr-Effektes benutzt, um die gleichen Ergebnisse zu erhalten, die vorher beschrieben wurden. Da die beiden Hälften der F i g. 5 identisch sind, abgesehen von der Drehung um 90° um die Z-Achse all der Bauteile in der linken Hälfte der Figur, ist die Beschreibung der Wirkungsweise der rechten Hälfte des Systems nach F i g. 5 für die Erklärung der Erfindung ausreichend. In dem optischen Resonator zwischen dem selektiv fluoreszenten Medium 2 und dem Spiegel m2 befinden sich zwei Bauteile, die im folgenden als Faraday-Rotatoren bezeichnet werden. Der zentrale Rotator ist R1R. Ein Polarisator Pr befindet sich zwischen dem selektiv fluoreszenten Medium 2 und dem Rotator R1R, wenn das selektiv fluoreszente Medium 2 keine polarisierte Fluoreszenz zeigt. Der zentrale Rotator R1R befindet sich in einer magnetischen Spule C, die ein radiales magnetisches Feld H1R erzeugt. Der andere Faraday-Rotator ist mit R2R bezeichnet und befindet sich in seinem eigenen statischen Magnetfeld H2R, dessen Feldverteilung in den F i g. 5 und 6 dargestellt ist. Solch ein magnetisches Feld kann durch Permanentmagnete 50 und 52 erzeugt werden.F i g. Figure 5 shows another way of performing a scan. The device used differs from that in FIG. 3 by using the magneto-optic Faraday effect in place of the electro-optic Kerr effect to obtain the same results as previously described. Since the two halves of FIG. 5 are identical, apart from the 90 ° rotation about the Z axis of all the components in the left half of the figure, the description of the mode of operation of the right half of the system according to FIG. 5 is sufficient for explaining the invention. In the optical resonator between the selectively fluorescent medium 2 and the mirror m 2 there are two components which are referred to below as Faraday rotators. The central rotator is R 1 R. A polarizer Pr is located between the selectively fluorescent medium 2 and the rotator R 1 R when the selectively fluorescent medium 2 shows no polarized fluorescence. The central rotator R 1 R is located in a magnetic coil C, which generates a radial magnetic field H 1 R. The other Faraday rotator is labeled R 2 R and is in its own static magnetic field H 2 R, the field distribution of which is shown in FIGS. 5 and 6 is shown. Such a magnetic field can be generated by permanent magnets 50 and 52.

Das magnetische Feld H2R ist stationär, aber seine Intensität ist eine ungerade monotone Funktion der Winkelkoordinate <x (s. F i g. 6). Das magnetische Feld H1R des zentralen Rotators .R1H ist keine Funktion des Winkels <x, aber zeitlich veränderlich. Zur Zeit t0, wenn die Schwingungen des optischen Senders oder Verstärkers einsetzen, wird die Polarisation der das selektiv fluoreszente Medium 2 verlassenden Welle durch den Polarisator Pr bestimmt. Die Übertragungsachse des Polarisators Pr liege in der Ebene X=O. Wenn das polarisierte Licht den ersten Rotator R1R durchläuft, erleidet das Licht eine Drehung <91+ = K1H1R (t), in der K1 eine Konstante ist, die von dem Wert der Verdetschen Konstante des Mediums 4 und von der Geometrie des Rotators R1R abhängt. Die Drehung Θ1+ ist in F i g. 7 als vom Punkt 0 bis zum Punkt 1 gehend dargestellt.The magnetic field H 2 R is stationary, but its intensity is an odd monotonous function of the angular coordinate <x (see FIG. 6). The magnetic field H 1 R of the central rotator .R 1 H is not a function of the angle <x, but is variable over time. At time t 0 , when the vibrations of the optical transmitter or amplifier begin, the polarization of the wave leaving the selectively fluorescent medium 2 is determined by the polarizer Pr . The transmission axis of the polarizer Pr lies in the plane X = O. When the polarized light passes through the first rotator R 1 R , the light undergoes a rotation <9 1+ = K 1 H 1 R (t), in which K 1 is a constant that depends on the value of Verdet's constant of the medium 4 and on the geometry of the rotator R 1 R depends. The rotation Θ 1+ is shown in FIG. 7 is shown as going from point 0 to point 1.

Beim Durchlaufen des zweiten Rotators R2R erfährt das Licht eine zusätzliche Drehung Θ2+, die in F i g. 7 vom Punkt 1 bis zum Punkt 2 verläuft und die gleich ist K2 H2 («) woiin K2 die Verdetsche Konstante für den zweiten Rotator und H2r(k) das magnetische Feld des zweiten Rotators R2R an einem Punkt des Spiegels m% ist, der dem Winkel « entspricht. Nach der Reflexion am Spiegel m2 wird das Licht eneut gedreht um den Betrag (92-(vom Punkt2 zu Punkt 3 der F i g. 7) und um B1 (vom Punkt 3 zu Punkt 4 der F i g. 7). Die beiden Drehungen haben die gleiche Größe wie die Drehungen 6>2+ und <91+. Die Faraday-Drehung ist additiv ohne Rücksicht auf die Richtung der Ausbreitung aes Lichtes vom selektiv fluoreszenten Medium 2. Daher beträgt die gesamte Drehung <9 (vom Punkt 0 bis zum Punkt 4 der F i g. 7) des Strahles des optischen Senders oder Verstärkers, der in den Polarisator Pr zurückkehrt.When passing through the second rotator R 2 R , the light experiences an additional rotation Θ 2+ , which is shown in FIG. 7 runs from point 1 to point 2 and which is equal to K 2 H 2 («) where K 2 is Verdet's constant for the second rotator and H 2 r (k) is the magnetic field of the second rotator R 2 R at a point of Mirror m% , which corresponds to the angle «. After the reflection on the mirror m 2 , the light is rotated again by the amount (9 2 - (from point 2 to point 3 in FIG. 7) and by B 1 (from point 3 to point 4 in FIG. 7) The two rotations are the same size as the rotations 6> 2+ and <9 1+ . The Faraday rotation is additive regardless of the direction of propagation of light from the selectively fluorescent medium 2. Therefore, the total rotation is <9 ( from point 0 to point 4 of Fig. 7) of the beam of the optical transmitter or amplifier returning to the polarizer Pr.

Aus dem Vektordiagramm der F i g. 7 ist ersichtlich, daß die Komponente Ey des gedrehten Lichtvektors E0 gleich ist E0' · cos Θ, die seinerseits gleich ist E0 · cos Θ, wenn die Absorption durch die Rotatoren R1R und R2R vernachlässigbar ist. Das effektive Reflexionsvermögen Reff beträgt dannFrom the vector diagram of FIG. 7 it can be seen that the component E y of the rotated light vector E 0 is equal to E 0 cos Θ, which in turn is equal to E 0 · cos Θ if the absorption by the rotators R 1 R and R 2 R is negligible. The effective reflectivity Reff is then

Reff (t, Oi) = = cos2 Θ = cos2 2 [K1 H1R (t) - K2 H%R («)]. Reff (t, Oi) = = cos 2 Θ = cos 2 2 [K 1 H 1 R (t) - K 2 H % R («)].

Der letzte Ausdruck ist in seiner Form identisch mit dem Ausdruck für das effektive Reflexionsvermögen, der bei der elektrischen Variante dieses Verfahrens erhalten wurde. Alle Folgerungen des so erhaltenen effektiven Reflexionsvermögens für das magnetooptische Verfahren zur Aufhebung der winkelmäßigen Entartung des Spiegels m2 sind die gleichen wie bei dem in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen elektrischen Verfahren.The last term is identical in form to the term for the effective reflectivity obtained in the electrical variant of this method. All implications of the effective reflectance thus obtained for the magneto-optic method for canceling the angular degeneracy of the mirror m 2 are the same as for that in connection with FIG. 3 electrical procedures described.

Zusammenfassungsummary

Die beschriebene Erfindung zeigt, daß eine mit einem optischen Sender oder Verstärker arbeitende Abtastvorrichtung so hergestellt werden kann, daß sie die folgenden sehr erwünschten Eigenschaften aufweist:The invention described shows that a scanning device operating with an optical transmitter or amplifier can be made to have the following very desirable properties:

1. Hohe Abtastgeschwindigkeit, die davon herrührt, daß das Abtasten durch elektrische Mittel innerhalb des optischen Resonators des optischen Senders oder Verstärkers gesteuert wird,1. High scanning speed resulting from scanning by electrical means within the optical resonator of the optical transmitter or amplifier is controlled,

2. hohes Auflösungsvermögen des abtastenden Lichtflecks, das ein Ergebnis der Erzeugung des Lichtes des optischen Senders oder Verstärkers in einer bestimmten Richtung in einem winkelmäßig indifferenten optischen Resonator ist, an Stelle der Umlenkung von Licht, das durch eine Lichtquelle außerhalb der Abtasteinrichtung erzeugt wird,2. High resolution of the scanning light spot, which is a result of the generation of the light of the optical transmitter or amplifier in a certain direction in an angular manner Indifferent optical resonator is, in place of the deflection of light, which by a light source is generated outside the scanning device,

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Claims (1)

3. ein starkes radiales Feld, das auch auf Grund der hochgradigen Indifferenz des erfindungsgemäßen optischen Resonators des optischen Senders oder Verstärkers erhalten wird;3. a strong radial field, which is also due to the high degree of indifference of the inventive optical resonator of the optical transmitter or amplifier is obtained; 4. auf Grund der Tatsache, daß das Gerät mit einem optischen Sender oder Verstärker arbeitet, ist die Ausgangsenergie beträchtlich höher als die, die bei konventionellen Abtastgeräten, z. B. Kathodenstrahlröhren, verfügbar ist.4. due to the fact that the device works with an optical transmitter or amplifier the output energy is considerably higher than that obtained with conventional scanning devices, e.g. B. cathode ray tubes, is available. Die obengenannten Eigenschaften erlauben die Benutzung des optischen Senders oder Verstärkers nach der Erfindung als optisches Radargerät, als Mittel zum Auslesen optisch gespeicherter Informationen, als elektrisch gesteuertes Bearbeitungswerkzeug, bei dem die Erhitzungseigenschaften des Ausgangsstrahls des optischen Senders oder Verstärkers ausgenutzt werden, und ganz allgemein als Anzeigevorrichtung. Weitere Anwendungsmöglichkeiten wird der Fachmann leicht finden.The above properties allow the use of the optical transmitter or amplifier according to the invention as an optical radar device, as a means for reading out optically stored information, as an electrically controlled machining tool in which the heating properties of the Output beam of the optical transmitter or amplifier can be used, and more generally as Display device. The person skilled in the art will easily find further possible uses. 2020th Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Auslenkung des Strahles eines optischen Senders oder Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieeigenschäften des durch Kugelspiegel (/M1, m2) begrenzten optischen Resonators zunächst derart kugelsymmetrisch ausgebildet sind, daß keine Schwingungsachse vor einer anderen ausgezeichnet ist, und erst durch Einwirken elektrischer oder magnetischer Felder, derart gestört werden, daß es jeweils nur eine Achse durch das System gibt, entlang deren das System eine maximale Güte aufweist und längs der sich der Ausgangsstrahl ausbreitet.1. An arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier, characterized in that the symmetry properties of the optical resonator limited by spherical mirrors (/ M 1 , m 2 ) are initially formed spherically symmetrically that no oscillation axis is distinguished from another, and only by the action of electric or magnetic fields, are disturbed in such a way that there is only one axis through the system, along which the system has a maximum quality and along which the output beam propagates. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stetige Bewegung der Achse maximaler Güte und damit des Ausgangsstrahles des optischen Senders oder Verstärkers durch zeitliche Veränderungen der die Symmetrieeigenschaften störenden elektrischen oder magnetischen Felder erreicht wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a continuous movement of the axis maximum quality and thus the output beam of the optical transmitter or amplifier Changes over time in the electrical or magnetic properties that interfere with the symmetry properties Fields is reached. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator des optischen Senders oder Verstärkers durch das Zusammenwirken eines kugelförmig ausgebildeten fluoreszenten Mediums (2) mit zwei konzentrischen, auf entgegengesetzten Seiten des Mediums (2) angeordneten kugelschalenförmigen Hohlspiegeln Qn1, W2) gebildet wird, deren jeder infolge der Linsenwirkung des zentralen Mediums (2) die Bildfläche des anderen darstellt, und daß Mittel (20, 22, 24, 26 in Fig. 3; RlR, R2R in Fig. 5) zur Störung der Symmetrieeigenschaften des optischen Resonators vorgesehen sind.3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the optical resonator of the optical transmitter or amplifier by the interaction of a spherical fluorescent medium (2) with two concentric, on opposite sides of the medium (2) arranged spherical shell-shaped concave mirrors Qn 1 , W 2 ), each of which represents the image surface of the other as a result of the lens effect of the central medium (2), and that means (20, 22, 24, 26 in FIG. 3; R lR , R 2 R in FIG ) are provided to disturb the symmetry properties of the optical resonator. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Störung der Symmetrieeigenschaften des optischen Resonators in dem Raum zwischen Spiegel und Medium erstens eine Kerr-Zelle (20, 22, in Fig. 3) vorgesehen ist, die durch ein angelegtes, zeitlich veränderliches elektrisches Feld der einen Strahlkomponente eine zeitlich veränderliche Phasenverzögerung erteilt, zweitens ein optischer Kompensator (24, 26), der der gleichen Strahlkomponente eine nur von der Winkelkoordinate abhängige Phasenyerzögerung erteilt, und drittens im Bedarfsfalle Polarisatoren (28) das selektiv fluoreszente Medium umgeben.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that as a means for disrupting the Symmetry properties of the optical resonator in the space between mirror and medium firstly a Kerr cell (20, 22, in Fig. 3) is provided is generated by an applied, time-varying electric field of one beam component granted a time-variable phase delay, secondly an optical compensator (24, 26), that of the same ray component depends only on the angular coordinate Phase delay granted, and thirdly, if necessary, polarizers (28) selectively surrounded by fluorescent medium. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Störung der Symmetrieeigenschaften des optischen Resonators zwischen den Polarisatoren (Pr) und jedem der Reflektoren Qn1, M2) zwei die Polarisationsebene des Strahles des optischen Senders drehende Faraday-Rotatoren (R1R, R2R in Fig. 5) dienen, von denen der erste ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt und der zweite ein stationäres Magnetfeld, erzeugt, dessen Intensität eine Funktion der Winkelkoordinate ist.5. An arrangement according to claim 3, characterized in that as a means of disturbing the symmetry properties of the optical resonator between the polarizers (Pr) and each of the reflectors Qn 1, M 2) zwe of the optical transmitter rotating Faraday rotators i the plane of polarization of the beam ( R 1 R, R 2 R in Fig. 5), of which the first generates a time-varying magnetic field and the second generates a stationary magnetic field, the intensity of which is a function of the angular coordinate. In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 340 840.
Considered publications:
French Patent No. 1,340,840.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 659/196 8.65 © Bundesdruckerei Berlin509 659/196 8.65 © Bundesdruckerei Berlin
DEJ27144A 1963-12-23 1964-12-17 Arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier Pending DE1199884B (en)

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