DE1204747B - Amplifiers or transmitters working according to the principle of stimulated emission, in particular light amplifiers working with a semiconductor - Google Patents

Amplifiers or transmitters working according to the principle of stimulated emission, in particular light amplifiers working with a semiconductor

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DE1204747B DES76176A DES0076176A DE1204747B DE 1204747 B DE1204747 B DE 1204747B DE S76176 A DES76176 A DE S76176A DE S0076176 A DES0076176 A DE S0076176A DE 1204747 B DE1204747 B DE 1204747B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIsHOIs

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

Nummer: 1204 747Number: 1204 747

Aktenzeichen: S 76176 VIII c/21 fFile number: S 76176 VIII c / 21 f

Anmeldetag: 4. Oktober 1961 Filing date: October 4, 1961

Auslegetag: 11. November 1965Opening day: November 11, 1965

Die Erfindung betrifft nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitende Verstärker mit einem atomaren oder molekularen System, das durch eine äußere Energiequelle, insbesondere impulsweise, anregbar ist.The invention relates to the principle of stimulated Emission-working amplifiers with an atomic or molecular system that is controlled by a external energy source, in particular in pulses, can be excited.

Durch diese Anregung wird in dem atomaren oder molekularen System das Besetzungsverhältnis bestimmter optisch miteinander kombinierender Terme derart geändert, daß energetisch höhere Terme stärker und energetisch tiefere Terme schwächer besetzt sind als es dem Gleichgewichtszustand entspricht, auf den sich das System bei Fehlen der Anregungsenergie einstellt. Schon während der Anregung beginnen die angeregten Terme eine kurzwellige, insbesondere optische Strahlung zu emittieren.This excitation determines the occupation ratio in the atomic or molecular system terms optically combined with one another changed in such a way that energetically higher terms are stronger and energetically lower terms are less occupied than it corresponds to the state of equilibrium which the system adjusts itself in the absence of the excitation energy. They start already during the excitation excited terms to emit a short-wave, in particular optical radiation.

Das atomare System, insbesondere ein mit geeigneten Dotierungsstoffen versehener Halbleiter, z. B. ein Rubin, ist im allgemeinen mit zwei planparallelen, einander gegenüberliegenden verspiegelten Flächen versehen, zwischen denen die von den Termen ausgehende Strahlung ständig hin- und herreflektiert wird. Infolge dieser mehrfachen Reflexion wird die Strahlung im System zu einem scharf gebündelten Strahl hoher Leistung verstärkt. Bei seinem Auftreffen auf die reflektierenden Oberflächenteile des Systems tritt durch ein Loch in einer der reflektierenden Oberflächen ein Anteil (εΓ) der Strahlenergie aus dem System aus und wird ausgesendet. Ein weitererTeil (eA) der ankommenden Strahlenergie wird in der Verspiegelung absorbiert. Der verbleibende Rest des Strahls wird reflektiert und auf seinem Weg zur gegenüberliegenden, planparallelen verspiegelten Fläche wiederum verstärkt.The atomic system, in particular a semiconductor provided with suitable dopants, e.g. B. a ruby, is generally provided with two plane-parallel, opposing mirrored surfaces, between which the radiation emanating from the terms is constantly reflected back and forth. As a result of this multiple reflection, the radiation in the system is amplified into a sharply focused, high-power beam. When it hits the reflective surface parts of the system, a portion (ε Γ ) of the beam energy emerges from the system through a hole in one of the reflective surfaces and is emitted. Another part (e A ) of the incoming beam energy is absorbed in the mirror coating. The remainder of the beam is reflected and again amplified on its way to the opposite, plane-parallel mirrored surface.

Für den erfindungsgemäßen Verstärker ist vorgesehen, die Strahlung durch eine oder mehrere an sich bekannte, schwach durchlässige verspiegelte Flächen zu einem Anteil ετ aus dem System austreten zu lassen.Provision is made for the amplifier according to the invention to allow the radiation to exit the system through one or more weakly permeable, reflective surfaces known per se in a proportion ε τ.

Bei Verstärkern, z. B. mit gut geschliffenen, verspiegelten Rubinkristallen, die durch starke Photoblitzlampen zu einer Lichtverstärkung der geschilderten Art angeregt wurden, hat sich nun herausgestellt, daß die Amplitude des emittierten Strahls während der Dauer der Anregung des Photoblitzes, die etwa 10-3 see betrug, sehr heftig und deutlich anharmonisch mit einer Frequenz von etwa 106 Hz »moduliert« war.In amplifiers, e.g. B. with well-cut, mirrored ruby crystals, which were stimulated by strong photo flash lamps to a light amplification of the type described, it has now been found that the amplitude of the emitted beam during the duration of the excitation of the photo flash, which was about 10-3 seconds, very was violently and clearly anharmonic "modulated" with a frequency of about 10 6 Hz.

Bei der Nachrichtenübertragung unter Benutzung von optischen, insbesondere Infrarot-Verstärkern bzw. -Sendern hat sich der Impulsbetrieb sehr bewährt; vor allem ist diese impulsweise Anregung des Verstärkers zur Erzielung hoher Sendeleistung sehr er-When transmitting messages using optical, in particular infrared, amplifiers or - The impulse mode has proven itself very well for transmitters; above all, this is the impulsive excitation of the amplifier very easy to achieve high transmission power

Nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitender Verstärker oder Sender, insbesondere mit einem Halbleiter arbeitender LichtverstärkerAmplifiers or transmitters working according to the principle of stimulated emission, in particular light amplifier working with a semiconductor

Zusatz zur Anmeldung: S 75744 VIII c/21 f — Auslegeschrift 1191041Addition to registration: S 75744 VIII c / 21 f - Auslegeschrift 1191041

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2
Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. rer. nat. Hans Rother, MünchenDr. rer. nat. Hans Rother, Munich

wünscht. Hierbei ist aber die erwähnte »Modulation« der ausgesandten Strahlung besonders störend. Aus diesem Grunde muß diese »Modulation« in dem Verstärker möglichst schnell zum Abklingen gebracht werden, und zwar mit einer Abklingdauer, die klein ist gegenüber der Impulsdauer.
■ Auf Grund eingehender Überlegungen wird diese Aufgabe der Erfindung bei einem optischen Verstärker oder Sender mit stimulierter Strahlung in einem atomaren oder molekularen, selektiv fluoreszenten Medium, insbesondere einem festen Körper, das durch eine äußere Energiequelle impulsweise angeregt wird und in dem eine äußerst kurzwellige, insbesondere optische Strahlung infolge vielfach erfolgender Reflexionen in einem optischen Resonator zu einem scharf gebündelten Strahl hoher Leistung verstärkt wird, insbesondere bei einem optischen Verstärker, bei dem nach der Hauptpatentanmeldung, deutsche Auslegeschrift 1191 041, ein Anteil des im Innern eines Kristalls verlaufenden Strahls an einer Stelle der Kristalloberfläche, an der dieser Strahl in einem totaler Reflexion entsprechenden Winkel auftrifft, durch Tunneleffekt aus dem Kristall austritt, indem der Reflexionsstelle gegenüber in einem sehr kleinen, vorzugsweise einstellbaren Abstand, dessen Größe höchstens etwa gleich dem 5- bis lOfachen der Wellenlänge der austretenden Strahlung ist, ein für
wishes. Here, however, the aforementioned "modulation" of the emitted radiation is particularly disruptive. For this reason, this "modulation" in the amplifier must be brought to decay as quickly as possible, with a decay time that is short compared to the pulse duration.
On the basis of detailed considerations, this object of the invention is in an optical amplifier or transmitter with stimulated radiation in an atomic or molecular, selectively fluorescent medium, in particular a solid body that is stimulated in pulses by an external energy source and in which an extremely short-wave, in particular Optical radiation is amplified as a result of multiple reflections in an optical resonator to a sharply focused beam of high power, especially in an optical amplifier in which, according to the main patent application, German Auslegeschrift 1191 041, a portion of the beam running inside a crystal at one point of Crystal surface, on which this beam strikes at an angle corresponding to total reflection, emerges from the crystal by tunnel effect in that the reflection point is opposite at a very small, preferably adjustable distance, the size of which is at most approximately equal to 5 to 10 f achen the wavelength of the emitted radiation, a for

509 737/147509 737/147

den austretenden Strahl durchlässiger Körper angeordnet ist, dadurch gelöst, daß die Mittel, die das Austreten des Strahls aus dem optischen Verstärker bewirken, so bemessen sind, daß der aus dem optischen Verstärker austretende Anteil (εΓ) der auf die S Austrittsfläche auftreffenden Strahlung so klein ist, daß die Intensität der ausgesandten Strahlung während des — insbesondere bis etwa 10~2 see — dauernden Anregungsimpulses einen konstanten Wert annimmt, ίοthe exiting beam is arranged permeable body, achieved in that the means that cause the exit of the beam from the optical amplifier are dimensioned so that the portion (ε Γ ) of the radiation impinging on the S exit surface exiting from the optical amplifier so it is small that the intensity of the emitted radiation assumes a constant value during the - in particular up to about 10 ~ 2 seconds - lasting excitation pulse, ίο

Unter »optischer Verstärker oder Sender« sind im Sinne der Erfindung die in der angelsächsischen Literatur als »Maser« und insbesondere die als »Laser« bezeichneten Anordnungen zu verstehen, die gelegentlich auch als quantenmechanische Verstärker oder Sender bezeichnet werden. Unter »optischer Resonator« ist ein Resonator zu verstehen, wie er bekanntermaßen jeweils für Maser bzw. Laser verwendet wird.Under "optical amplifier or transmitter" in the sense of the invention are those in the Anglo-Saxon To understand literature as a »burl« and in particular the arrangements called »lasers«, which are sometimes referred to as quantum mechanical amplifiers or transmitters. Under »optical Resonator «is to be understood as a resonator as it is known for maser or laser is used.

Die Auswirkung dieser Vorschrift ist überraschend, denn trotz der durch die erfindungsgemäße Maßnähme bedingten Schwächung des prozentual aus dem System austretenden Anteils τ) der Strahlung wird die Intensität der ausgesandten Strahlung nur unwesentlich geändert. Es wird aber der große Vorteil erreicht, daß der Strahl nach der Anregung mit einer praktisch stets konstanten Größe ausgefandt wird. Wie nämlich durch eingehende Untersuchungen und Überlegungen gefunden wurde, ist die Intensität des ausgesandten Strahls proportional dem Ver-The effect of this rule is surprising, because despite the weakening of the percentage of radiation exiting the system (ε τ ) caused by the measure according to the invention, the intensity of the emitted radiation is only changed insignificantly. However, the great advantage is achieved that after the excitation, the beam is emitted with a practically always constant size. As has been found through detailed investigations and considerations, the intensity of the emitted beam is proportional to the

haltnis ^^ wobei ετ den aus dem System austretenden Anteil der auf die Austrittsfläche des Systems auftreffenden Strahlenenergie und εΑ die hierbei auftretenden Absorptionsverluste in den verspiegelten Endflächen angibt; andererseits ist die Abklingdauer der genannten »Modulation« proportional der Summe dieser beiden Werte Α + ετ). Durch die Verringerung des Anteils ετ gemäß der Erfindung kann somit die Abklingzeit der »Modulation« genügend klein gemacht werden, ohne daß dabei die Intensität zu erheblich absinkt.haltnis ^^ where ε τ indicates the portion of the radiation energy emerging from the system on the exit surface of the system and ε Α indicates the absorption losses occurring in the mirrored end surfaces; on the other hand, the decay time of the “modulation” mentioned is proportional to the sum of these two values Α + ε τ ). By reducing the component ε τ according to the invention, the decay time of the "modulation" can be made sufficiently short without the intensity dropping too significantly.

Bei den erwähnten Verstärkern mit Rubin als Medium und anderen ähnlichen Verstärkern mit festem Medium wurde zudem bisher mit beiderseits gleichmäßig verspiegelten Systemen gearbeitet, d. h. die beiden verspiegelten planparallelen Oberflächen des Rubins waren teilweise durchlässig. Wird jedoch gemäß der weiteren Erfindung nur einseitig mit durchlässig verspiegelten Systemen gearbeitet, während die andere planparallel gegenüberliegende Fläche undurchlässig verspiegelt ist, so wird auch die Geschwindigkeit, mit der sich eine konstante Intensität nach Beginn des Anregungsimpulses einstellt,With the mentioned amplifiers with ruby as medium and other similar amplifiers with solid medium, systems that are evenly mirrored on both sides have been used up to now, i. H. the two mirrored, plane-parallel surfaces of the ruby were partially permeable. Will however according to the further invention worked only on one side with transparent mirrored systems, while the other plane-parallel opposite surface is opaque mirrored, so is the Speed at which a constant intensity is established after the start of the excitation pulse,

und die Intensität um etwa den Faktor 2 herauf ge-. t B and the intensity increased by a factor of about 2. t B

Besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, mit einem System zu arbeiten, bei dem die Verspiegelung völlig fortgelassen ist und der Strahl an der Oberfläche des Systems total reflektiert wird, wie das in der Hauptpatentanmeldung, deutsche Auslegeschrift 1191 041, vorgeschlagen und im Beispiel der Fig. 2 beschrieben ist. In diesem Fall sind nämlich die Absorptionsverlusie ε^ = Null geworden. Damit nämlich die »Modulation« noch während der Anregungszeit abklingt und dann ohne »Modulation« für die Dauer der äußeren Anregung konstant bleibt, ist nämlich, wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, die Ungleichung c · ε < L (S + A) maßgebend. It has proven to be particularly useful to work with a system in which the mirroring is completely omitted and the beam is totally reflected on the surface of the system, as suggested in the main patent application, German Auslegeschrift 1191 041, and in the example in Fig. 2 is described. In this case, the absorption losses have become ε ^ = zero. In order that the "modulation" decays during the excitation time and then remains constant without "modulation" for the duration of the external excitation, the inequality c · ε < L (S + A) is decisive, as detailed investigations have shown.

In dieser Gleichung bedeutet c die Lichtgeschwindigkeit, ε die Summe des aus der Absorption εΑ und dem Anteil ετ gebildeten Wertes, L die Länge des Weges des gebündelten Strahls im System zwisehen zwei Ausstrahlungen, S die Wahrscheinlichkeit, mit der von der äußeren Energiequelle die anregungsfähigen Atome des Systems aus ihrem Grundzustand (E0) in den angeregten höheren Energiezustand (E1) gehoben werden und A die Wahrscheinlichkeit der spontanen Emission durch Rückkehr der durch die äußere Lichtquelle in den angeregten Zustand E1 gebrachten Atome in den Grundzustand E0; zur weiteren Erläuterung dieser Größen S + A sei noch ausgeführt: Durch die äußere Energiequelle werden no-S Atome pro Sekunde und Kubikzentimeter aus dem Grundzustand E0 in den angeregten Zustand E1 angehoben, wobei n0 die Zahl der Atome · cm~3 ist, die sich vor der Anregung im Grundzustand E0 befinden und durch die äußere Energiequelle in den angeregten Zustand E1 gebracht werden können (stimulierbare Atome), der angeregte Zustand E1 geht mit einer Wahrscheinlichkeit A (see"1) unter spontaner Lichtemission der FrequenzIn this equation, c denotes the speed of light, ε the sum of the value formed from the absorption ε Α and the component ε τ , L the length of the path of the bundled beam in the system between two emissions, S the probability that the external energy source generates the excitable atoms of the system are raised from their ground state (E 0 ) to the excited higher energy state (E 1 ) and A the probability of spontaneous emission by return of the atoms brought into the excited state E 1 by the external light source to the ground state E 0 ; To further explain these variables S + A, let us explain: The external energy source lifts n o -S atoms per second and cubic centimeter from the ground state E 0 to the excited state E 1 , where n 0 is the number of atoms · cm -3 which are in the ground state E 0 before the excitation and can be brought into the excited state E 1 by the external energy source (stimulable atoms), the excited state E 1 goes with a probability A (see " 1 ) with spontaneous light emission of the frequency

** = "V wieder m den Grundzustand E0 über. ** = "V again m the basic state E 0 over.

Die oben angegebene Ungleichung kann also erfüllt werden, wenn in ihr das ε, d. h. die Summe der Anteile der Strahlenergie, die bei der Ausstrahlung und Reflexion von dem ankommenden Strahl durch Ausstrahhmg und Absorption verlorengeht, genügend klein gehalten wird. Durch die in der HauptPatentanmeldung vorgeschlagene totale Reflexion wird einmal die Absorption ε^ ?»O gemacht, d. h. es treten nur Streureflexionsverluste infolge unvollkommen polierter Oberfläche auf; außerdem muß gemäß der vorliegenden Erfindung das ετ dadurch genügend klein gehalten werden, daß der Tunnelweg (s. d in Fig. 2) genügend lang gemacht wird. Die »Modulation« der ausgesandten Strahlung klingt dann noch während des kurzzeitigen Anregungsimpulses ab.The inequality given above can therefore be fulfilled if the ε in it, ie the sum of the proportions of the beam energy that is lost during emission and reflection from the incoming beam due to emission and absorption , is kept sufficiently small. Due to the total reflection proposed in the main patent application, the absorption ε ^? »O is made, ie only scatter reflection losses occur as a result of an imperfectly polished surface; In addition, according to the present invention, the ε τ must be kept sufficiently small by making the tunnel path (see d in FIG. 2) sufficiently long. The "modulation" of the emitted radiation then dies away during the brief excitation pulse.

Das Verhältnis der Linienbreite v0 des ausgesandten scharf gebündelten Strahls zur Übergangswahrscheinlichkeit A dividiert durch die Zahl N der stimulierbaren Atome · cm~3 hat für jeden Grundwerkstoff des atomaren Systems bei vorgegebener Betriebstemperatur einen atomaren Wert, und zwar muß die Konzentration der stimulierbaren Atome im atomaren System so hoch gewählt werden, daß die Verbreiterung der Linienbreite v0, die von der gegenseitigen Wechselwirkung der stimulierbaren Atome abhängig ist, gerade noch nicht eine störende Zu-The ratio of the line width v 0 of the emitted, sharply bundled beam to the transition probability A divided by the number N of stimulable atoms cm- 3 has an atomic value for each basic material of the atomic system at a given operating temperature, namely the concentration of the stimulable atoms in the atomic System should be chosen so high that the broadening of the line width v 0 , which is dependent on the mutual interaction of the stimulable atoms, just does not cause a disturbing

nähme des Ausdruckstake the expression

bei wachsendem N her-with increasing N

vorruft, wenn bei derartigen Verstärkern auf eine geringe Linienbreite des ausgesandten Strahlenbündels Wert gelegt wird. Es kommt also darauf an, je nach dem verwendeten atomaren oder molekularen System die Zahl der stimulierbaren Atome so groß zu machen, daß das ausgesandte Strahlenbündel die gerade noch zulässige Linienbreite v0 aufweist.when such amplifiers place value on a narrow line width of the emitted beam. It is therefore important, depending on the atomic or molecular system used, to make the number of stimulable atoms so large that the emitted beam has the line width v 0 that is just allowed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen hervor.Further details of the invention can be found in the following description and in FIGS and FIG. 2 shown embodiments.

In Fig. 1 ist 1 ein Rubinkristall, der auf der Seite 2 undurchlässig und auf der Seite 3 durchlässigIn Fig. 1, 1 is a ruby crystal, which is impermeable on side 2 and permeable on side 3

verspiegelt ist. Das scharf gebündelte Strahlenbündel (s. den ausgezogen gezeichneten Pfeil 4) tritt also nur in der einen Richtung aus dem Rubin 1 heraus, und zwar durch die durchlässige Verspiegelung 3. Im Innern des Verstärkers trifft also ein Strahl mit der Energie E auf die durchlässige Verspiegelung auf. Von dieser Energie wird ein Teil Α) in der Verspiegelung 3 absorbiert. Ein anderer Teil τ) s. den gestrichelt gezeichneten Pfeil 5) tritt aus dem Kristall heraus und wird ausgesandt, so daß der von der Verspiegelung 3 reflektierte Strahl nur noch den Energieinhalt Ε—(εΑ + εΓ) hat. Das Material und die Dicke der Verspiegelung 3 sind dabei so gewählt, daß ετ größer oder höchstens = εΑ ist. Wie oben dargelegt, klingt dann die »Modulation« der Strahlung 4 während des Anregungsimpulses durch den die stimulierbaren Atome des Kristalls auf ihre höhere Energiestufe gehoben werden, ab. Es ist jedoch möglich, die Abklingzeit noch wesentlich kürzer, insbesondere kleiner als 10~3 see zu machen, so daß erst bei sehr kurzen Anregungsimpulsen die Ausstrahlung 4 am Ende des Anregungsimpulses ihren konstanten Wert erreicht hat. Trotzdem wird durch diese relativ geringe Ausstrahlung ετ infolge der geringen Durchlässigkeit der Schicht 3, wie sie nach der Erfindung vorgesehen ist, die Intensität des ausgesandten Strahls 4 etwa auf die Hälfte des maximal möglichen verringert.is mirrored. The sharply bundled bundle of rays (see the solid arrow 4) only emerges from the ruby 1 in one direction, namely through the transparent mirror coating 3. Inside the amplifier, a beam with the energy E hits the transparent mirror coating on. Part of this energy Α ) is absorbed in the mirror coating 3. Another part τ ) see the dashed arrow 5) emerges from the crystal and is emitted so that the beam reflected by the mirror coating 3 only has the energy content Ε— (ε Α + ε Γ ) . The material and the thickness of the mirror coating 3 are chosen so that ε τ is greater than or at most = ε Α . As explained above, the "modulation" of the radiation 4 then dies away during the excitation pulse by which the stimulable atoms of the crystal are raised to their higher energy level. However, it is possible to make the decay time significantly shorter, in particular less than 10 -3 seconds, so that the emission 4 has reached its constant value at the end of the excitation pulse only in the case of very short excitation pulses. Nevertheless, due to this relatively low radiation ε τ due to the low permeability of the layer 3, as provided according to the invention, the intensity of the emitted beam 4 is reduced to approximately half of the maximum possible.

In F ig. 2 ist ein optischer Verstärker entsprechend der Hauptpatentanmeldung dargestellt. Der in dem Einkristall die stimulierbaren Atome nach der Anregung umlaufende Strahl (s. die gestrichelte Linie) wird an den drei plangeschliffenen aber nicht verspiegelten Flächen 11, 12, 13 total und praktisch (bis auf Streureflexion an mangelhaft polierter Oberfläche) verlustfrei reflektiert. Der ebenfalls plangeschliffenen und nicht verspiegelten Fläche 14 gegenüber, an der auch der Strahl total reflektiert wird, ist zur Auskopplung ein Glaskörper 15 vorgesehen, der der Fläche 14 des Einkristalls 1 in einem einstellbaren Abstand d gegenübersteht. Der mit der Energie E auf der Fläche 14 auftreffende Strahl gibt also durch den Tunneleffekt die Energie ετ in den Glaskörper 15 ab, aus dem dieser Strahl in Richtung des Pfeiles 4 scharf gebündelt austritt. Der von der Fläche 14 wieder in den Einkristall 1 zurückreflektierte Strahl hat zunächst nur die Energie E — ετ, wird aber im Laufe seines gestrichelt gezeichneten Weges dann wieder auf die Energie E verstärkt usf. Gemäß der Erfindung wird nun der Abstand d so groß gewählt, daß die »Modulation« des ausgesandten Strahles 4 schon während der Dauer des Anregungsimpulses abklingt. Da im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 keine Absorptionsverluste εΑ auftreten, ist somit diese Bedingung bei hinreichend gut polierter Oberfläche leicht zu erfüllen. Zur Herabsetzung des ausgesandten Energieanteils ετ muß demgemäß der Abstand d zwischen der Austrittsfläche 14 des Einkristalls für den Strahl und der ihr gegenüberstehenden Fläche des Glaskörpers 15 entsprechend groß gemacht werden.In Fig. 2 shows an optical amplifier according to the main patent application. The beam (see the dashed line) which circulates the stimulable atoms in the single crystal after the excitation is reflected completely and practically without loss on the three planar but not mirrored surfaces 11, 12, 13 (except for scattered reflection on the poorly polished surface). Opposite the surface 14, which is also ground flat and not mirrored, on which the beam is also totally reflected, a glass body 15 is provided for coupling-out, which faces the surface 14 of the single crystal 1 at an adjustable distance d. The beam impinging on the surface 14 with the energy E emits the energy ε τ into the glass body 15 through the tunnel effect, from which this beam emerges sharply bundled in the direction of the arrow 4. The beam reflected back into the single crystal 1 by the surface 14 initially only has the energy E - ε τ , but is then amplified again to the energy E in the course of its dashed path, etc. According to the invention, the distance d is now selected to be so large that the "modulation" of the emitted beam 4 already decays during the duration of the excitation pulse. Since no absorption losses ε Α occur in the exemplary embodiment in FIG. 2, this condition can therefore easily be met with a sufficiently well-polished surface. In order to reduce the emitted energy component ε τ , the distance d between the exit surface 14 of the single crystal for the beam and the surface of the glass body 15 opposite it must accordingly be made correspondingly large.

In allen Fällen der Erfindung ist es wesentlich, daß der Anteil ετ nicht unnötig verkleinert wird. Es kommt also darauf an, ihn gerade so klein zu machen, daß die »Modulation« des ausgesandten Strahls mindestens während des Anregungsimpulses abklingt und der ausgesandte Strahl somit noch während des Anregungsimpulses seinen konstanten Wert annimmt. Da aber vor allem bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit durchlässig verspielten Flächen die ausgesandte Leistung wesentlich abhängig ist von dem Anteil ετ, empfiehlt es sich andererseits, den Anteil ετ nicht kleiner zu machen als es unbedingt notwendig ist, um der genannten Bedingung zu entsprechen. Im Fall der F i g. 1 wird deshalb, um die Intensität des ausgesandten Strahls nicht unnötig stark herabzusetzen, die ausgekoppelte Leistung ετ etwa gleich der beim Austreten absorbierten Leistung εΑ gemacht.In all cases of the invention it is essential that the component ε τ is not reduced unnecessarily. It is therefore important to make it just so small that the "modulation" of the emitted beam decays at least during the excitation pulse and the emitted beam thus assumes its constant value during the excitation pulse. Since, however, especially in the embodiment of FIG. 1 with permeable, playful surfaces, the emitted power is essentially dependent on the component ε τ , it is recommended, on the other hand, not to make the component ε τ smaller than is absolutely necessary to meet the stated condition correspond to. In the case of FIG. 1, in order not to reduce the intensity of the emitted beam unnecessarily strong, the coupled-out power ε τ is made approximately equal to the power ε Α absorbed when it exits.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Optischer Verstärker oder Sender mit stimulierter Strahlung in einem atomaren oder molekularen, selektiv fluoreszenten Medium, insbesondere einem festen Körper, das durch eine äußere Energiequelle impulsweise angeregt wird und in dem eine äußerst kurzwellige, insbesondere optische Strahlung infolge vielfach erfolgender Reflexionen in einem optischen Resonator zu einem scharf gebündelten Strahl hoher Leistung verstärkt wird, insbesondere ein optischer Verstärker, bei dem nach der Hauptpatentanmeldung S 75744 VIIIc/ 21 f, (deutsche Auslegeschrift 1191 041) ein Anteil des im Innern eines Kristalls verlaufenden Strahls an einer Stelle der Kristalloberfläche, an der dieser Strahl in einem totaler Reflexion entsprechenden Winkel auftrifft, durch Tunneleffekt aus dem Kristall austritt, indem der Reflexionsstelle gegenüber in einem sehr kleinen, vorzugsweise einstellbaren Abstand, dessen Größe höchstens etwa gleich dem 5- bis lOfachen der Wellenlänge der austretenden Strahlung ist, ein für den austretenden Strahl durchlässiger Körper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die das Austreten des Strahls aus dem optischen Verstärker bewirken, so bemessen sind, daß der aus dem optischen Verstärker austretende Anteil τ) der auf die Austrittsfläche auftreffenden Strahlung so klein ist, daß die Intensität der ausgesandten Strahlung während des Anregungsimpulses einen konstanten Wert annimmt.1. Optical amplifier or transmitter with stimulated radiation in an atomic or molecular, selectively fluorescent medium, in particular a solid body, which is stimulated in pulses by an external energy source and in which an extremely short-wave, especially optical radiation as a result of multiple reflections in an optical resonator is amplified to a sharply focused beam of high power, in particular an optical amplifier, in which, according to the main patent application S 75744 VIIIc / 21 f, (German Auslegeschrift 1191 041) a portion of the beam running inside a crystal at a point on the crystal surface at which this beam impinges at an angle corresponding to total reflection, exits the crystal by tunnel effect, in that the reflection point opposite at a very small, preferably adjustable distance, the size of which is at most about 5 to 10 times the wavelength of the exiting radiation, one for the exiting beam is arranged permeable body, characterized in that the means which cause the exit of the beam from the optical amplifier are dimensioned so that the portion τ ) of the radiation impinging on the exit surface exiting from the optical amplifier is so small is that the intensity of the emitted radiation assumes a constant value during the excitation pulse. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dessen Oberfläche mindestens teilweise zum Austreten eines Anteils der auftreffenden Strahlen durchlässig verspiegelt ist, gekennzeichnet durch eine solche Durchlässigkeit der Verspiegelung, daß von den auf die Verspiegelung des Verstärkers auftreffenden Strahlen nur etwa so viel τ) der ankommenden Strahlungsenergie zur Aussendung hindurchtritt, wie durch Absorption oder Streuung (ε^) bei der Reflexion verlorengeht.2. Amplifier according to claim 1, the surface of which is at least partially reflective to the exit of a portion of the incident rays, characterized by such a permeability of the reflective coating that of the rays impinging on the reflective coating of the amplifier only about as much τ ) of the incoming rays Radiant energy passes through for emission, as is lost through absorption or scattering (ε ^) during reflection. 3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den verspiegelten Flächen des Verstärkers nur eine mit einer für den Strahl zum Teil durchlässigen Verspiegelung versehen ist.3. Amplifier according to claim 1, characterized in that of the mirrored surfaces of the amplifier only one is provided with a mirror coating that is partially permeable to the beam is. 4. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem der Strahl nach der Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1191041) aus dem optischen Verstärker an einer total reflektierenden Fläche mittels Tunneleffekts ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnelweg, das heißt der Abstand der sich gegenüberstehenden Flächen, so groß und der ausgekoppelte Anteil τ) der auftreffenden Strahlen so klein ist, daß während4. Amplifier according to claim 1, in which the beam according to the main patent application (German Auslegeschrift 1191041) is decoupled from the optical amplifier on a totally reflective surface by means of tunnel effect, characterized in that the tunnel path, that is, the distance between the opposing surfaces, so large and the decoupled portion τ ) of the incident rays is so small that during 7 87 8 des Anregungsimpulses die ausgesandte Strah- Elektro Welt, 1960, Bd. 5, Nr. of the excitation pulse the emitted Strah-Elektro Welt, 1960, vol. 5, no. 5, Ausgabe C,5, edition C, lung einen konstanten Wert erreicht. S. 124; 1961, Bd. development reaches a constant value. P. 124; 1961, vol. 6, Nr. 95, Fachausgabe, S. 124/125.6, No. 95, specialist edition, pp. 124/125. In Betracht gezogene Druckschriften: In Betracht gezogene ältere Patente:Publications Considered: Older Patents Considered: USA.-Patentschrift Nr. 2 929 922; 5 Deutsches Patent Nr. 1151 601.U.S. Patent No. 2,929,922; 5 German Patent No. 1151 601. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 737/147 11.65 © Bundesdruckerei Berlin509 737/147 11.65 © Bundesdruckerei Berlin
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