DE1207008B - Optischer Sender oder Verstaerker mit stimulierter Strahlung in einem gasfoermigen Medium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT jewKL 7 1207 008

Pat. 3!.V, - '

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIs

Deutsche KL: 2If-90

N 25628 VIII c/21f
2. Oktober 1964
16. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf optische Sender oder Verstärker mit stimulierter Strahlung in einem gasförmigen Medium, das sich in einem Entladungsrohr befindet, dessen als Fenster ausgebildete Stirnwände unter dem Brewsterschen Winkel geneigt und innerhalb eines optischen Resonators angeordnet sind.

Gewöhnlich besteht die Gasfüllung des rohrförmigen Kolbens aus einem Gemisch aus Helium und Neon, auch wurden bereits Mischungen von Neon ίο oder Argon mit Sauerstoff oder Füllungen mit Cäsium- oder Ammoniakgas verwendet, doch ist es bei Verwendung solcher Gemische gewöhnlich nur möglich, reguläre Infrarotstrahlungen zu erzielen. Unter besonderen Bedingungen wurde jedoch auch einmal bei einem He-Ne-Gemisch sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 6328 A beobachtet. Die bis jetzt angestellten Versuche, nutzbare Strahlungen bei anderen Wellenlängen im sichtbaren Spektrum zu erhalten, waren jedoch nicht besonders erfolgreich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, elektromagnetische Strahlungen mit Wellenlängen im sichtbaren Spektrum besser als bisher zu erzeugen.

Zum Lösen dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das stimulierbare Medium aus Kohlenmonoxyd besteht und daß das Spiegelsystem des optischen Resonators auf die stimulierte Strahlung dieses Mediums abgestimmt ist.

Wie später noch an Hand von Versuchsergebnissen dargelegt wird, scheint durch die Erfindung ein merklicher Fortschritt in der durch die Aufgabenstellung gegebenen Richtung erreicht zu werden.

Bei den an den Enden des rohrförmigen Kolbens angeordneten reflektierenden Spiegeln kann es sich in an sich bekannter Weise um nahezu konfokale Spiegel handeln, die auf geeignete Weise so mit Überzügen versehen sind, daß sie bei bestimmten Wellenlängen ein maximales Reflexionsvermögen haben. Alternativ kann man in ebenfalls an sich bekannter Weise dachförmige Prismen verwenden, die so angeordnet sind, daß eine totale innere Reflexion erzielt wird. Ferner kann gemäß der Erfindung zum optischen Resonator ein Dispersionsprisma gehören, das es gestattet, Schwingungen mit bestimmten Wellenlängenbereichen auszuwählen.

Bei einer Versuchsanordnung, bei der sichtbare stimulierte Strahlung mit Hilfe von Kohlenmonoxyd erzielt werden konnte, erzeugte eine impulsförmige elektrische Entladung innerhalb des Kohlenmonoxyds eine stimulierte Strahlung mit zahlreichen Wellenlängen im roten, orangefarbenen und grünen Gebiet des Spektrums, und es ist zu erwarten, daß sich die-Optischer Sender oder Verstärker mit
stimulierter Strahlung in einem gasförmigen
Medium

Anmelder:

National Research Development Corporation,

London

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Leslie Ernest Samuel Mathias, Letchworth,

Hertfordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2. Oktober 1963 (38 759)

ser Bereich noch weiter bis in das sichtbare Spektrum hinein erweitern läßt. Der verwendete rohrförmige Kolben hatte einen Innendurc¹ messer von 10 mm, und seine Länge betrug 1170 mm; jedoch wurden auch Rohre mit einer Länge bis zu 1800 mm verwendet, wobei an den Enden Fenster unter dem Brewsterschen Winkel angeordnet waren und ein äußeres, nahezu konfokales Spiegelsystem vorgesehen war; die Spiegel hatten aus dreizehn Schichten bestehende dielektrische Überzüge. Das Gas wurde mit Hilfe von Gleichstromimpulsen angeregt, die zwei Wolframelektroden zugeführt wurden, welche in seitliche Schenkel des Kolbens abgedichtet eingebaut waren. Die Impulse hatten eine annähernd dreieckige Form bei einer Anstiegszeit von 0,5 Mikrosekunden und einer Länge von 2 Mikrosekunden, wobei die Wiederholungsfrequenz 25 Hz betrug. Die Impulse wurden mit Hilfe eines linearen Impulsgenerators erzeugt, der durch einen Impulstransformator abgeschlossen war, wobei ein angepaßter Belastungswiderstand vorgesehen war, an den die Elektroden des Kolbens angeschlossen waren.

Kräftige Schwingungen wurden bei Gasdrücken über 0,5 Torr erzielt, und die Spitzenspannungen lagen über 16 kV. Die nachstehend genannten Er-

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gebnisse gelten für Gasdrücke von 2 Torr und Spannungen von 30 kV.

Schwingungen wurden bei Wellenlängen in drei Bereichen erzielt. Paarweise angeordnete Spiegel wurden so gewählt, daß die mit Hilfe eines Paares erhaltene Ausgangsleistung vollständig oder nahzeu vollständig in nur einem Bereich lag. Jedes Paar umfaßte Spiegel mit abgestuften Bandbreiten, die Schwingungen nur im Überschneidungsbereich auftreten ließen. Bei einem Spiegel, der derart mit einem Überzug versehen war, daß sich ein maximales Reflexionsvermögen bei 6500 A ergab, während der andere Spiegel ein maximales Reflexionsvermögen bei 7500 A hatte, wurden Schwingungen mit Wellenlängen im Bereich von 6614 bis 6595 A erzielt. Der Ausgangsstrahl hatte eine mittlere Leistung von 20 Mikrowatt und eine Spitzenleistung von 4 Watt. Bei Spiegeln mit Überzügen für 6000 und 7000 A wurden kräftige Schwingungen mit Wellenlängen im Bereich von 6075 bis 6062 A erzielt. Außerdem traten schwache Schwingungen mit Wellenlängen im ersten Bereich auf. Der Ausgangsstrahl hatte eine mittlere Leistung von 40 Mikrowatt und eine Spitzenleistung von 8 Watt. Bei Spiegeln mit Überzügen für 5200 und 4800 A wurden Schwingungen mit Wellenlängen im Bereich von 5604 bis 5590 A beobachtet. Der Ausgangsstrahl hatte eine mittlere Leistung von 3,5 Mikrowatt und eine Spitzenleistung von 0,8 Watt. Die Bandbreite jedes Spiegels bis zum Punkt einer Durchlässigkeit von 10⁰/o betrug etwa 2000 A. Die Durchlässigkeitswerte der drei Ausgangsspiegel, d. h. jeweils des zweiten Spiegels jedes Paares, betrugen bei den zugehörigen Wellenlängen der Schwingungen 2°/o bzw. 6°/o bzw. l°/o.

Jeder der drei Ausgangsstrahlen war für das Auge leicht sichtbar. In jedem Falle war die Intensität über den Querschnitt gleichmäßig, und es schien keine Änderung des Schwingungsverhaltens in der Querrichtung aufzutreten. In die kohärenten Strahlen gebrachte Gegenstände zeigten die bekannten Szintillations-Effekte.

Bei einem längeren Kolben und bei Verwendung von Spiegeln mit Überzügen für 4800 und 4600 A wurden mindestens vier Schwingungen mit Wellenlängen erzielt, die tiefer im grünen Bereich lagen. Die Wellenlängen lagen im Bereich von 5198 bis 5186 A. Gleichzeitig waren kräftige Schwingungen bei Wellenlängen im Bereich von 5604 bis 5590 A vorhanden. Die Länge der Entladung betrug 1800 mm. Es ist als wahrscheinlich zu bezeichnen,

daß die Schwingungen mit der kürzeren Wellenlänge Übergangserscheinungen im O-2-Band zugeordnet waren.

In F i g. 1 ist schematisch die beschriebene Anordnung mit nahezu konfokalen Spiegeln dargestellt; Fig. 2 zeigt ein alternatives Resonatorsystem mit den vorstehend erwähnten dachförmigen Prismen; in Fig. 3 erkennt man eine weitere alternative Konstruktion, bei der der Resonator ein Prisma umfaßt, das so angeordnet ist, daß Schwingungen nur in einem Wellenlängenbereich erzeugt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker mit stimulierter Strahlung in einem gasförmigen Medium, das sich in einem Entladungsrohr befindet, dessen als Fenster ausgebildete Stirnwände unter dem Brewsterschen Winkel geneigt und innerhalb eines optischen Resonators angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium aus Kohlenmonoxyd besteht und daß das Spiegelsystem des optischen Resonators auf die stimulierte Strahlung dieses Mediums abgestimmt ist.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Reflektoren durch nahezu konfokale Spiegel gebildet werden, die auf geeignete Weise mit Überzügen versehen sind, so daß sie bei bestimmten Wellenlängen ein maximales Reflexionsvermögen haben.

3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Reflektoren durch dachförmige Prismen gebildet werden, die so eingestellt sind, daß eine totale innere Reflexion eintritt.

4. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum optischen Resonator ein Dispersionsprisma gehört, das es gestattet, Schwingungen mit bestimmten Wellenlängenbereichen auszuwählen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 306 777;

Electronics, Bd. 35, Nr. 1 vom 5.1.1962, S. 108 und 110; Bd. 35, Nr. 17 vom 27. 4.1962, S. 23;

The Journal of the British Institution of Radio Engineers, Bd. 24, Nr.

5, November 1962, S. 370, 371.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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