DE1220534B - Optischer Sender mit gasfoermigem stimulierbarem Medium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIs

Deutsche Kl.: 21 g - 53/00

Nummer: 1220 534

Aktenzeichen: C 34561 VIII c/21:

Anmeldetag: 4. Dezember 1964

Auslegetag: 7. Juli 1966

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender mit gasförmigem stimulierbarem Medium in einem langen, dünnen und geraden Entladungsrohr mit wenigstens einer äußeren Elektrode zur Hochfrequenzanregung des Mediums.

Es ist bereits bekannt, bei einem optischen Sender dieser Art alle Elektroden direkt um die einen kleinen Durchmesser aufweisende Röhre selbst herum anzuordnen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Senders der eingangs genannten Gattung, bei dem die von außen angelegte Anregungsenergie besser eingekoppelt wird.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß an dem Entladungsrohr wenigstens ein Kolben größeren Durchmessers gasdicht angebracht ist, daß beider Gasraum in Verbindung steht und daß die Elektroden sich wenigstens über einen Teil des Außenkolbens erstrecken. Durch diese Ausbildung ist gewährleistet, daß trotz des kleinen Röhrendurchmessers der optische Sender eine größere Gasmenge enthält. Die Anregungsenergie wird bei dem optischen Sender gemäß der Erfindung besser eingekoppelt. Der Mechanismus dieser verbesserten Kopplung und der sich daraus ergebenden verbesserten Anregung ist nicht genau bekannt. Es wird angenommen, daß die Verbesserung hauptsächlich auf die Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser des Kolbens bezüglich des Entladungsrohres und der mittleren freien Weglänge der Elektronen in diesen Räumen beruht. Der Kolben wirkt effektiv selbst als Elektrode, indem er die Hochfrequenzenergie in den optischen Sender überträgt. Diese Wirkung wird ohne den Nachteil erzielt, daß eine Metallelektrode innerhalb der Glasumhüllung der Vorrichtung angeordnet werden muß.

Bei einer besonderen Ausführungsform des optischen Senders gemäß der Erfindung mit mehreren äußeren Elektroden auf einem geraden Entladungsrohr ist weiter vorgesehen, daß entlang des Entladungsrohres hintereinander mehrere Kolben angeordnet sind, auf deren Außenseite sich jeweils die Elektroden befinden. Die Kolben sind dabei vorzugsweise konzentrisch auf dem Entladungsrohr angeordnet.

Weiter können Öffnungen in der Wand des Entladungsrohres vorgesehen sein, die den Gasaustausch mit dem Innenraum des umgebenden Kolbens gewährleisten.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Elektroden auf den beiden Endkolben mit dem einen Pol und die dritte Elektrode auf dem Mittelkolben mit

Optischer Sender mit gasförmigem
stimulierbarem Medium

Anmelder:

Canadian Patents and Development Limited,

Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dr.W.Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. rer. nat. G. Manitz, Patentanwälte,
München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Kenneth M. Baird, Ottawa, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:
Kanada vom 4. Dezember 1963 (890 474),
V. St. v. Amerika vom 10. August 1964
(388 634)

dem anderen Pol des Hochfrequenzgenerators verbunden. Bei Verwendung lediglich zweier Kolben an beiden Enden des Entladungsrohres ist die Elektrode vorzugsweise auf dem einen Endkolben mit dem einen Pol, die Elektrode auf dem anderen Endkolben mit dem anderen Pol des Hochfrequenzgenerators verbunden.

Zur weiteren Verbesserung kann die auf dem Kolben angeordnete Elektrode diesen vollständig umschließen.

Um eine gute mechanische Stabilität zu erhalten, sind bei einer weiteren Ausführungsform zwischen dem Entladungsrohr und den Kolben Stützwände vorgesehen. Auch können sich das Entladungsrohr und die Endkolben über die Endelektroden hinaus erstrecken.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F ί g. 1 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten optischen Senders und

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Senders gemäß der Erfindung in etwas vergrößertem Maßstab.

Aus Zweckmäßigkeitsgründen werden die Abmessungen der verschiedenen Teile des optischen

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Senders in dem nachfolgenden Text angegeben. Diese Verbindung stehen, und durch das Anbringen der

Abmessungen sollen einen Anhaltspunkt für die in Elektroden um diese Kolben. Es ist notwendig, daß

Betracht kommenden Größenordnungen und die das Entladungsrohr 10 selbst einen verhältnismäßig

relativen Größen der Teile geben, ohne jedoch die kleinen Durchmesser aufweist, um sicherzustellen,

Erfindung zu beschränken. 5 daß durch den Kontakt mit den Rohrwänden ge-

Das Hauptrohr 10, in dem die optische Sende- nügend Neonatome von einem zwischen- oder meta-

tätigkeit stattfindet, ist ein verschmolzenes Silika- stabilen Energieniveau zu dem Null-Energieniveau

Glasrohr mit einem Außendurchmesser von 6 mm zurückkehren, um die erforderliche Umbesetzung

und einer Wandstärke von 1 mm. Sein innerer Durch- zwischen den verschiedenen Niveaus aufrechtzuer-

messer beträgt daher 4 mm. Dieses Rohr 10, welches io halten. Die Verwendung der Kolben 12 und 14 ge-

zwei vergrößerte Endabschnitte 11 (Außendurch- stattet es, den Rohrdurchmesser klein zu halten,

messer 12 mm) aufweist, ist ungefähr 40 cm lang. während gewährleistet ist, daß der optische Sender

In der Mitte der Länge des Rohres 10 ist mit diesem mehr Gas enthält, als es für die gleiche Länge eines

vakuumdicht ein im allgemeinen zylindrischer ver- Rohres mit kleinem Durchmesser allein möglich

schmolzener Silika-Glaskolben 12 verschmolzen, wel- 15 wäre.

eher einen äußeren Durchmesser von 25 mm und Es wurde festgestellt, daß die Anregungsenergie

eine Wanddicke von ebenfalls 1 mm aufweist. Durch besser in den optischen Sender eingekoppelt wird,

eine in dem Rohr 10 vorgesehene Öffnung 13 ist wenn die Elektroden 17 und 18 die einen größeren

eine Verbindung zwischen dem Inneren des Kolbens Durchmesser aufweisenden Kolben 12 und 14 um-

12, der Außenseite des Rohres 10 und dem Inneren 20 geben, anstatt daß sie direkt auf dem Rohr 10 ange-

des Rohres 10 selbst geschaffen. bracht sind. Der Mechanismus dieser verbesserten

In gleicher Weise sind ähnliche Kolben 14 zwi- Kopplung und der sich ergebenden verbesserten Ansehen den vergrößerten Endabschnittenil und den regung ist nicht genau bekannt. Es wird angenommit offenen Enden versehenen Fortsetzungen 10 a men, daß die Verbesserung hauptsächlich auf die des Rohres 10 gebildet, die sich über eine gewisse 25 Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem DurchEntfernung entlang der Innenseite der Abschnitte 11 messer eines Kolbens 12 oder 14 (im Vergleich zum erstrecken. Die ringförmigen Glas-Abstandsstücke Rohr 10) und der mittleren freien Bahn der Elek-15 stützen die Rohrverlängerungen 10 a in den ver- tronen in diesen Räumen beruht. Die Kolben 12 und größerten Abschnitten 11. Die Öffnungen 16 stellen 14 wirken im Effekt selbst als Elektroden, indem sie eine Verbindung zwischen dem Inneren der Kolben 30 die Hochfrequenzenergie in den optischen Sender 14 und dem Inneren des Rohres 10 her. übertragen; sie erreichen diesen Effekt ohne den

Eine Elektrode 17 in Form einer zylindrischen Nachteil, eine Metallelektrode innerhalb der Glasmetallischen Hülse erstreckt sich um die Außenseite umhüllung der Vorrichtung angeordnet zu haben,
des Kolbens 12; und zwei zusammenwirkende Elek- Obgleich der in F i g. 1 dargestellte Elektrodenauftroden 18, die ebenfalls aus metallischen Hülsen be- 35 bau drei Elektroden umfaßt, ist dieses nicht wesentstehen, sind um die Kolben 14 herum angeordnet. lieh, sondern lediglich zweckdienlich. Jeder Elek-Diese Elektroden sind durch eine Hochfrequenz- trodenaufbau, der das Gas zu einer optischen Sendequelle 19 verbunden. Die Elektroden 18 sind mit der tätigkeit anregt, kann benutzt werden; beispielsweise geerdeten Anschlußklemme der Quelle 19 über die zwei Elektroden, wie sie in der unten beschriebenen Ballastwiderstände 20 verbunden, die fortgelassen 40 Ausführungsform der Fig. 2 verwendet werden, werden können, wenn sie für unnötig befunden wer- Falls die Energie eine ausreichend hohe Frequenz den. Die Elektrode 17 ist an die unter Strom stehende aufweist, kann eine einzige Elektrode mit umgeben-Klemme der Quelle 19 angeschlossen. Die Betriebs- den geerdeten Objekten gekoppelt werden, um das frequenz ist nicht kritisch für die Erfindung und kann Gas anzuregen. Aus Leistungsgründen werden jeso gewählt werden, daß sie verschiedenen prakti- 45 doch wenigstens zwei Elektroden verwendet. Der sehen Anforderungen genügt. Vorteilhaft kann eine Geltungsbereich der Erfindung umfaßt die Zuord-Frequenz in dem Bereich von 50 Kilohertz bis nung einer oder mehrerer (jedoch nicht notwendiger-30 Megahertz gewählt werden. weise aller) derartiger Elektroden zu einem Kolben

Der optische Sender ist mit einer Mischung aus mit größerem Durchmesser als das Entladungsrohr. Helium und Neon im Verhältnis von ungefähr 7:1 50 Weiterhin ist zu beachten, daß, obgleich die Kolben gefüllt mit einem Druck von ungefähr 1,5 Torr. Die so dargestellt sind, daß sie das Rohr umgeben, dieses Energiequelle 19 regt dieses Gas in der üblichen für ihre Funktion nicht wesentlich ist. Jeder Kolben Weise an, um eine Stimulation hervorzurufen. Die könnte an einer Seite des Rohres angeordnet sein; Teile 10 b des Rohres 10, die sich gegen die Enden aufbaumäßig würde eine derartige Anordnung jeder Vorrichtung über die Elektroden 18 hinaus er- 55 doch normalerweise weniger bevorzugt sein,
strecken, sind bestrebt, eine Wanderung der Hoch- Bei der in Fig. 2 gezeigten weiteren Ausführungsfrequenzenergie gegen die Enden der Vorrichtung zu form werden zwei Kolben 11, je einer an jedem unterbinden und den Fluß einer derartigen Energie Ende des Rohres 10, verwendet, wobei zwei zusamauf den Teil der Vorrichtung zwischen den beiden menwirkende metallische Hülsenelektroden 18 um Elektroden 18 zu begrenzen. Die Rohrteile 10 b er- 60 die entsprechenden Kolben 11 angeordnet sind und reichen dieses Ziel auf Grund ihres verhältnismäßig parallel an die Hochfrequenzquelle 19 geschaltet kleinen Durchmessers. sind. Die Rohrteile 10 c erstrecken sich in die KoI-

Bisher war es üblich, alle Elektroden unmittelbar ben 11 hinein und haben die Wirkung, daß sie die um das einen kleinen Durchmesser aufweisende Rohr Gesamtlänge des Gerätes für eine gegebene Länge 10 selbst herum anzuordnen. Der Erfinder hat er- 65 des Rohres verkürzen. Stopfen 33 sind in die rohrkannt, daß eine verbesserte Anregung des optischen förmigen Endabschnitte 34 eingeschmolzen und je-Senders erreicht wird durch die Schaffung der weils mit einer reflektierenden Innenfläche 24 vergrößeren Kolben 12 und 14, die mit dem Rohr 10 in sehen.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Aufbau ist eine Verlängerung 35 an jedem Endabschnitt 34 innerhalb des zugeordneten Kolbens 11 vorgesehen. Diese Verlängerungen 35 enden in nach innen gekehrten Rändern 36, die schmale öffnungen 37 begrenzen, welche mit der Längsachse des optischen Senders ausgerichtet sind. Die Aufgabe der Verlängerungen 35 mit ihren zugeordneten Rändern 36 besteht darin, die Innenflächen 24 soweit wie möglich gegen eine Beschädigung oder eine Verschlechterung ihrer Spiegelwirkung abzuschirmen. Eine derartige Verschlechterung wurde in bekannten optischen Sendern beobachtet. Es wird angenommen, daß dieses von dem Zerstäuben von Quarzmolekülen von den inneren Oberflächen der Kolben und dem Auftreffen derartiger Moleküle auf die Innenflächen 24 herrühren könnte.

Diese Merkmale der Schaffung einer Abschirmung für die Endflächen der abgedichteten Umhüllung des Geräts kann ebensogut auf die üblichen optischen Sender angewendet werden, bei denen die Spiegel außen angebracht sind, wie auf die erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Spiegelflächen auf den Stopfen ausgebildet sind. Wenn äußere Spiegel verwendet werden, bestehen die Endflächen der evakuierten Teile des Geräts aus Fenstern. Es ist wichtig, daß der Wirkungsgrad der Lichtübertragung derartiger Fenster praktisch auf 100% gehalten wird; aus diesem Grunde könnten schon sehr kleine Beschädigungen der Oberflächen den Betrieb des Geräts ernsthaft beeinträchtigen oder sogar verhindern. Durch die Schaffung der Abschirmung um die Endflächen wird daher die Lebensdauer des Geräts erhöht.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender mit gasförmigem stimulierbarem Medium in einem langen, dünnen und geraden Entladungsrohr mit wenigstens einer äußeren Elektrode zur Hochfrequenzanregung des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Entladungsrohr (10) wenigstens ein Kolben (12, 14, 32) größeren Durchmessers gasdicht angebracht ist, daß beider Gasraum in Verbindung steht und daß die Elektroden (17, 18) sich wenigstens über einen Teil des Außenkolbens erstrecken.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1 mit mehreren äußeren Elektroden auf einem geraden Entladungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Entladungsrohres hintereinander mehrere Kolben (12,14, 32) angeordnet sind, auf deren Außenseite sich jeweils die Elektroden (17, 18) befinden.

3. Optischer Sender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12, 14, 32) konzentrisch auf dem Entladungsrohr angeordnet sind.

4. Optischer Sender nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß öffnungen (13, 16) in der Wand des Entladungsrohres (10 a) vorgesehen sind, die den Gasaustausch mit dem Innenraum des umgebenden Kolbens (12, 14) gewährleisten.

5. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (18) auf den beiden Endkolben (14, 32) mit dem einen Pol und die dritte Elektrode (17) auf dem Mittelkolben (12) mit dem anderen Pol des Hochfrequenzgenerators (19) verbunden sind.

6. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung lediglich zweier Kolben (32) an beiden Enden des Entladungsrohres (10) die Elektrode auf dem einen Endkolben mit dem einen Pol, die Elektrode auf dem anderen Endkolben mit dem anderen Pol des Hochfrequenzgenerators (19) verbunden ist.

7. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Kolben angeordnete Elektrode (17, 18) diesen vollständig umschließt.

8. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entladungsrohr (10) und den Kolben Stützwände (15) vorgesehen sind.

9. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Entladungsrohr und die Endkolben über die Endelektroden (18) hinaus erstrecken (105, 11).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Radio Mentor, April 1962, S. 304, Bild 9;

The Journal of the British Inst, of Radio Engineers, November 1962, Bd. 24, Nr. 5, S. 371, Fig. 8; Philips Technische Rundschau, Bd. 24, Nr. 3, Februar 1963, S. 86;

Elektronische Rundschau, Bd. 17, Nr. 4, April 1963, S. 185.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung sind zwei Prioritätsbelege ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen