DE1223476B

DE1223476B - Arrangement for deflecting the radiation of an optical transmitter or amplifier with the aid of Q-switching devices

Info

Publication number: DE1223476B
Application number: DEJ28396A
Authority: DE
Inventors: Robert Vladimir Pole; Robert Anthony Myers; Euval Salomon Barrekette; Jean Nunez
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-06-25
Filing date: 1965-06-22
Publication date: 1966-08-25

Description

Anordnung zur Auslenkung der Strahlung eines optischen Senders oder Verstärkers mit Hilfe von Q-Schaltvorrichtungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Auslenkung der stimulierten Strahlung eines optischen Senders oder Verstärkers in diskreten Raumwinkeln unter Einwirkung von Q-Schaltvorrichtungen durch Änderung der Güte des optischen Resonators für bestimmte Richtungen mit in einem für die Betriebsweise wirksamen Bereich kugelförmig ausgestaltetem stimulierbarem Medium, dessen abgegebene stimulierte Strahlung auf einer Seite durch jeweils im Brennpunktdeslinsenartigwirkenden stimulierbarenMediums mit dem Brechungsindex n liegende erste spiegelnde Flächen reflektiert wird und auf der anderen Seite durch in je einem der diskreten Raumwinkel liegende zweite spiegelnde Flächen reflektiert wird.Arrangement for deflecting the radiation of an optical transmitter or Amplifier Using Q Switching Devices The invention relates to an arrangement for deflecting the stimulated radiation from an optical transmitter or amplifier in discrete solid angles under the influence of Q-switching devices through change the quality of the optical resonator for certain directions with in one for the Operating mode effective area of spherically designed stimulable medium, its emitted stimulated radiation on one side by each acting in the focal point of the lens-like First reflecting surfaces lying on the stimulable medium with the refractive index n is reflected and on the other side through in each of the discrete solid angles lying second reflective surfaces is reflected.

Eine solche Anordnung ist grundsätzlich schon an anderer Stelle beschrieben. Bei dieser Anordnung wird infolge der linsenförmigen Ausbildung des stimulierbaren Mediums, das zwischen zwei konkaven Spiegeln liegt, der jeweils austretende stimulierte Strahl auf beide Spiegel fokussiert. Während eine solche Anordnung in hervorragendem Maße als Abtasteinrichtung zu verwenden ist, da das hiermit zu erzielende Auflösungsvermögen in jeder Hinsicht zufriedenstellend ist, ist sie aber weniger als Nachrichtenübertragungsmittel geeignet. Dies ergibt sich daraus, daß die von einem teilweise reflektierenden Spiegel abgegebenen Strahlen nicht parallel zueinander verlaufen, so daß keine für eine Nachrichtenübertragung geeignete scharfe Bündelung der stimulierten Strahlung zur Verfügung steht.Such an arrangement has basically already been described elsewhere. In this arrangement, as a result of the lens-shaped design of the stimulable Medium, which lies between two concave mirrors, stimulated the emerging one Beam focused on both mirrors. While such an arrangement in excellent Dimensions is to be used as a scanning device, because the resolution to be achieved with it satisfactory in all respects, it is less than a communications medium suitable. This is because that of a partially reflective mirror emitted rays do not run parallel to each other, so that none for a Appropriate sharp focus of the stimulated radiation for transmission of communications Available.

In der französischen Patentschrift 1340 840 wird eine Variante zur oben beschriebenen Anordnung gezeigt, bei welcher senkrecht zur Richtung des stimulierten Strahles eine Vielzahl von Kerrzellen angeordnet sind. Je nach Steuerung der Kerrzellen wird ein stimulierter Strahl in vorgegebener Richtung abgestrahlt. Diese Anordnung ist aber ebensowenig geeignet, scharfgebündelte Lichtstrahlen abzustrahlen wie die zuerst erwähnte.In the French patent 1 340 840 a variant of the arrangement described above is shown in which a plurality of Kerr cells are arranged perpendicular to the direction of the stimulated beam. Depending on how the Kerr cells are controlled, a stimulated beam is emitted in a specified direction. However, this arrangement is just as unsuitable for emitting sharply bundled light beams as the first mentioned.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen oben beschriebenen optischen Sender oder Verstärker so zu gestalten, daß in vorbestimmbaren Raumwinkeln sich ausbreitende scharfgebündelte Strahlen, die jeweils zueinander parallel liegen, entnommen werden können, wobei der Raumwinkel, innerhalb dessen die Richtungsumschaltung der abgegebenen stimulierten Strahlung stattfindet, relativ groß ist.The object of the invention is now to provide one described above to design optical transmitter or amplifier so that in predeterminable solid angles spreading, sharply focused rays that are parallel to each other, can be taken, the solid angle within which the direction changeover of the delivered stimulated radiation takes place, is relatively large.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brechungsindex n des optischen Mediums zwischen den ersten konzentrischen Konkavspiegeln und dem stimulierbaren Medium mit dem Brechungsindex n, gegenüber dem Brechungsindex n" = 1 des zwischen dem stimulierbaren Medium und dem zweiten, jeweils als Planspiegel ausgebildeten spiegelnden Flächen liegenden Mediums gemäß der Beziehung worin R = Brennweite des stimulierbaren Mediums, r = Radius des kugelförmigen Bereichs des stimulierbaren Mediums bedeutet, gewählt wird, so daß vom stimulierbaren Medium jeweils Bündel parallelgerichteter stimulierter Strahlung unter einem Raumwinkel in Richtung auf den jeweils zugeordneten Planspiegel abgegeben wird.According to the invention, the object is achieved in that the refractive index n of the optical medium between the first concentric concave mirrors and the stimulable medium with the refractive index n, compared to the refractive index n " = 1 of the between the stimulable medium and the second, each designed as a plane mirror reflective surfaces lying medium according to the relationship where R = focal length of the stimulable medium, r = radius of the spherical area of the stimulable medium, is selected so that the stimulable medium emits bundles of parallel stimulated radiation at a solid angle in the direction of the respective associated plane mirror.

Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Q-Schaltvorrichtungen sind bekannt bzw. bereits an anderer Stelle beschrieben worden. Jedenfalls liegt der abgegebene Strahl in der Richtung, für die infolge Betätigung der Q-Schaltvorrichtungen der Q-Wert am größten gt oder, anders ausgedrückt, bei dem das Licht die geringste Dämpfung erfährt. Mit Hilfe dieser Q-Schaltvorrichtungen kann die Strahlrichtung mit großer Geschwindigkeit und äußerst geringer Steuerleistung umgeschaltet werden. Außerdem ist die Strahlrichtung unabhängig von der Größe des Steuersignals. Weiterhin ergibt sich, daß bei Verwendung von teilweise reflektierenden Planspiegeln die abgegebene stimulierte Strahlung scharf gebündelt ist, die bei Anwendung für Radar oder Übertragungszwecke in hervorragendem Maße geeignet ist. Werden nun an Stelle der auf der einen Seite liegenden Planspiegel die auf der anderen Seite jeweils in den Brennpunkten gelegenen Spiegelflächen nur teilweise reflektierend ausgebildet, dann steht. jeweils eine scharf fokussierte Strahlung zur Verfügung, die eine gleiche Verwendung wie ein Kathodenstrahl finden kann.The Q-switching devices used in the arrangement according to the invention are known or have already been described elsewhere. Anyway, lies the emitted beam in the direction for as a result of activity of the Q-switching devices the Q-value is greater than or, in other words, at which the light experiences the least attenuation. With the help of these Q-switching devices can change the beam direction with high speed and extremely low control power be switched. In addition, the direction of the beam is independent of the size of the Control signal. It also follows that when using partially reflective Planar mirrors the emitted stimulated radiation is sharply focused, which at Application for radar or transmission purposes is ideally suited. Instead of the plane mirrors on one side, there are now those on the other Side mirror surfaces located in the focal points only partially reflective trained, then stands. one sharply focused radiation is available in each case, which can be used in the same way as a cathode ray.

Als weiterer Vorteil beim Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung hat sich ergeben, daß die Winkelstellung der Planspiegel auf die jeweilige Einfallsrichtung der Strahlung nicht sehr kritisch ist, so daß komplizierte Justiereinrichtungen bzw. Verfahren nicht herangezogen zu werden brauchen.Has another advantage in the construction of the arrangement according to the invention result that the angular position of the plane mirrors on the respective direction of incidence the radiation is not very critical, so that complicated adjustment devices or procedures do not need to be consulted.

Bei .einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Medium mit dem Brechungsindex n' so gewählt, daß n' gleich dem Wert des Brechungsindexes n des stimulierbaren Mediums wird; d. h., die Gestalt des stimulierbaren Mediums wird so gewählt, daß das stimulierbare Medium sich bis zur Brennpunktfläche erstreckt. In diesem Fall weist demnach das stimulierbare Medium in vorteilhafter Weise eine erste kugelförmig ausgebildete Endfläche auf, die wie im vorherigen Beispiel wirkt und sowohl den Radius r' als auch eine zweite kugelförmige Endfläche, die konzentrisch zur ersten liegt, und einen Radius R' besitzt. Das Verhältnis der Radien ergibt sich dann durch folgende Beziehung: Aus dem Aufbau des optischen Senders oder Verstärkers gemäß der Erfindung ergibt sich. ohne weiteres, daß bei entsprechender Gestaltung des stimulierbaren Mediums, das vorzugsweise ein Rubinkristall ist; eine große Winkelablenkung in der abgegebenen stimulierten Strahlung bei scharfer Bündelung möglich ist.In a further exemplary embodiment of the invention, the medium with the refractive index n 'is selected such that n' becomes equal to the value of the refractive index n of the stimulable medium; that is, the shape of the stimulable medium is chosen so that the stimulable medium extends to the focal area. In this case, the stimulable medium accordingly advantageously has a first spherical end face which acts as in the previous example and has both the radius r 'and a second spherical end face which is concentric to the first and a radius R'. The ratio of the radii is then given by the following relationship: The structure of the optical transmitter or amplifier according to the invention results. without further ado that with an appropriate design of the stimulable medium, which is preferably a ruby crystal; a large angular deflection in the emitted stimulated radiation is possible with sharp focus.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden als Q-Schaltvorrichtungen Kerrzellen in Verbindung mit Polarisatoren und Kompensatoren verwendet. In jedem Strahlweg liegt hierbei ein linearer Polarisator. Weiterhin ist in jedem Strahlweg ein fester Kompensator jeweils unterschiedlichen Wertes vorgesehen, so daß entsprechende Phasenverzögerungen für das jeweils sich längs der Strahlwege ausbreitende Licht auftreten. Schließlich befindet sich in jedem Strahlweg eine Kerrzelle, die je nach angelegter elektrischer Spannung eine weitere Phasenverzögerung zur Folge hat. Diese einzelnen Kerrzellen können auch zu einer gemeinsamen Kerrzelle zusammengefaßt sein. Wird nun die elektrische Spannung an dieser Kerrzelle auf einen bestimmten Wert eingestellt, dann kann eine Phasenverzögerung herbeigeführt werden, die einer Phasenverzögerung entgegenwirkt, welche durch einen festen Kompensator herbeigeführt worden ist.- Auf diese Weise kann erreicht werden, daß in einem Strahlweg der höchste Q-Wert auftritt, so daß die stimulierte Strahlung längs dieses Strahlweges abgegeben wird. Die hier beschriebene Q-Schaltvorrichtung gestattet die schnellste Umschaltmöglichkeit im Ansprechen auf ein relativ kleines Steuersignal. Der Wert dieses Steuersignals muß lediglich ausreichend sein, um den gewünschten Strahlweg auswählen zu können; die Richtung des Strahlwegs wird durch den jeweils zugeordneten Planspiegel festgelegt.In a preferred embodiment, Q-switching devices Kerr cells used in conjunction with polarizers and compensators. In each The beam path here is a linear polarizer. Furthermore is in each beam path a fixed compensator each of a different value is provided, so that corresponding Phase delays for the light propagating along the beam paths appear. After all, there is a Kerr cell in each beam path, depending on the applied electrical voltage results in a further phase delay. These individual Kerr cells can also be combined to form a common Kerr cell. The electrical voltage at this Kerr cell is now set to a certain value is set, then a phase delay can be brought about, that of a phase delay counteracts which has been brought about by a fixed compensator. In this way it can be achieved that the highest Q value in a beam path occurs so that the stimulated radiation is emitted along this beam path. The Q-switching device described here allows the fastest possible switching in response to a relatively small control signal. The value of this control signal must only be sufficient to be able to select the desired beam path; the direction of the beam path is determined by the respectively assigned plane mirror.

Weitere Teilaufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe nachstehend aufgeführter Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umschaltung eines kohärten Lichtstrahls zwischen drei Strahlwegen, F i g. 2 einen Ausschnitt der Vorrichtung nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.Further subtasks and advantages of the invention emerge from the the following description, which is based on exemplary embodiments with the help of the following Listed drawings explain the invention in more detail, and from the claims. It shows F i g. 1 a device according to the invention for switching a coarse Light beam between three beam paths, F i g. 2 shows a section of the device according to FIG. 1 on an enlarged scale, FIG. 3 another embodiment according to the invention.

Mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist es möglich, einen stimulierten Strahl auf einen der Strahlwege 5a, 5b und 5c zu lenken. Eine Spiegelgruppe 6a bis 6c begrenzt das eine Ende der Strahl wege 5a bis 5c, während ein konkaver Spiegel 7 die -Strahlwege 5 a bis 5 c am anderen Ende begrenzt.With the aid of the device shown in FIG. 1, it is possible to direct a stimulated beam onto one of the beam paths 5a, 5b and 5c. A mirror group 6a to 6c limits one end of the beam paths 5a to 5c, while a concave mirror 7 limits the beam paths 5a to 5c at the other end.

Ein sphärisch geformter Rubin als stimulierbares Medium 9 ist an der Überschneidungsstelle der Strahlwege 5 a bis 5 c angeordnet. Das stimulierbare Medium 9 wirkt hierbei als Linse, die die von den Spiegeln 6a bis 6 c ausgehenden parallelen Strahlwege fokussiert. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Art und Weise, in der die Strahlwege fokussiert werden, noch im einzelnen beschrieben. Der konkave Spiegel ist jedenfalls so angeordnet und so gestaltet, daß seine Oberfläche für alle Strahlwege jeweils im Brennpunkt des linsenartig wirkenden stimulierbaren Mediums 9 liegt. Da das stimulierbare Medium 9 kugelförmig gestaltet ist, liegen seine möglichen Brennpunkte ebenfalls auf einer kugelförmigen Fläche. Die Darstellung nach F i g. 1 stellt demnach eine. zweidimensionale Wiedergabe des kugelförmigen stimulierbaren Mediums 9 und des konkaven Spiegels 7 dar.A spherically shaped ruby as a stimulable medium 9 is on the Intersection of the beam paths 5 a to 5 c arranged. The stimulable medium 9 acts as a lens, which is parallel to the mirrors 6a to 6c Beam paths focused. Referring to Figure 2, the manner in which the beam paths are focused, will be described in detail later. The concave mirror is in any case arranged and designed so that its surface is suitable for all beam paths each lies in the focal point of the stimulable medium 9, which acts like a lens. Since the stimulable medium 9 is designed spherical, its possible Focal points also on a spherical surface. The representation according to FIG. 1 therefore represents a. two-dimensional rendering of the spherical stimulable Medium 9 and the concave mirror 7.

Das stimulierbare Medium 9 wird durch die Anregungslichtquellen 10 und 10' angeregt. In der Darstellung nach Fig. 1 sind diese Anregungslichtquellen 10 und 10' gesondert dargestellt; in der praktischen Anwendung kann aber -eine wendelförmig um das stimulierbare Medium 9 angebrachte Blitzlichtlampe vorgesehen werden. Mit Hilfe der Anregungslichtquellen 10 und 10' wird das stimulierbare Medium 9 in bekannter Weise angeregt. Es bilden sich dann stehende Wellen längs der Strahlwege 5a bis 5c aus. Bei Betrieb des optischen Senders oder Verstärkers wird normalerweise eine stimulierte Strahlung in allen drei Richtungen gleichzeitig und mit gleicher Energie abgegeben.The stimulable medium 9 is excited by the excitation light sources 10 and 10 '. In the illustration according to FIG. 1, these excitation light sources 10 and 10 ' are shown separately; In practical use, however, a flashlight lamp attached helically around the stimulable medium 9 can be provided. With the aid of the excitation light sources 10 and 10 ' , the stimulable medium 9 is excited in a known manner. Standing waves then form along the beam paths 5a to 5c. When the optical transmitter or amplifier is in operation, stimulated radiation is normally emitted in all three directions simultaneously and with the same energy.

Es ist nun aber möglich, eine stimulierte Strahlung nur auf einem oder einigen der Strahlenwege 5a bis 5c auftreten zu lassen, wenn der für die Ausbildung von stehenden Wellen längs der einzelnen Strahlenwege maßgebliche Gütefaktor Q für die entsprechenden anderen Strahlenwege verringert wird, indem geeignete Verschlußvorrichtungen in den einzelnen Strahlenwegen 5a bis 5c vorgesehen werden. Die in F i g. 1 dargestellten Verschlußvorrichtungen bestehen aus einer Nitrobenzol enthaltenden Kerrzelle 15 mit den Elektroden 16 und 17 zum Anlegen der Schaltspannungen. Die Kerrzelle 15 muß dabei so geschaltet, sein, daß alle Strahlenwege 5a bis 5c erfaßt werden. Eine Polarisiervorrichtung 20 gewährleistet dabei eine lineare Polarisierung des sich vom stimulierbaren Medium 9 längs der Strahlwege 5a bis 5c ausbreitenden Lichts.However, it is now possible to allow stimulated radiation to occur only on one or some of the beam paths 5a to 5c if the quality factor Q, which is decisive for the formation of standing waves along the individual beam paths, is reduced for the corresponding other beam paths by inserting suitable locking devices in the individual beam paths 5a to 5c are provided. The in F i g. 1 shown closure devices consist of a nitrobenzene-containing Kerr cell 15 with the electrodes 16 and 17 for applying the switching voltages. The Kerr cell 15 must be switched in such a way that all beam paths 5a to 5c are detected. A polarizing device 20 ensures a linear polarization of the light propagating from the stimulable medium 9 along the beam paths 5a to 5c.

Die Polarisiervorrichtung 20 ist mit ihren Achsen in bezug auf die Richtung des sich zwischen den Elektroden 16 und 17 ausbildenden elektrischen Feldes auf 45° ausgerichtet. Die beiden zueinander senkrechten Komponenten des durch die Polarisiervorrichtung 20 gelangenden, in einer Ebene polarisierten Lichts weisen eine relative Phasenverschiebung auf, die in bekannter Weise durch die Wirkung der Kerrzelle 15 zwischen diesen beiden Komponenten hervorgerufen wird. Das sich von der Kerrzelle 15 ausbreitende Licht wird elliptisch polarisiertes Licht genannt. Der Betrag der relativen Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten und damit das Halbachsenverhältnis der Ellipse ist proportional dem Quadrat der an die Elektroden 16 und 17 angelegten Spannung.The polarizing device 20 is aligned with its axes at 45 ° with respect to the direction of the electric field that forms between the electrodes 16 and 17. The two mutually perpendicular components of the light polarized in one plane and passing through the polarizing device 20 have a relative phase shift which is caused in a known manner by the action of the Kerr cell 15 between these two components. The light propagating from the Kerr cell 15 is called elliptically polarized light. The amount of the relative phase shift between the two components and thus the semi-axis ratio of the ellipse is proportional to the square of the voltage applied to the electrodes 16 and 17.

Wird keine Spannung an die Elektroden 16 und 17 angelegt, dann gelangt das in einer Ebene polarisierte Licht längs des Strahlweges 5a durch die Kerrzelle 15, ohne daß eine Änderung in der Phasenlage zwischen den beiden senkrechten Komponenten eintritt. Das Licht wird dann vom Spiegel 6a reflektiert, um dann nochmals durch die Kerrzelle 15 zu gelangen. Die Polarisiervorrichtung 20 wirkt als Analysator für das reflektierte Licht, indem nur solches Licht durchgelassen wird, das in der Richtung entsprechend den Achsen der Polarisiervorrichtung 20 polarisiert ist. Da im vorliegenden Fall nun keine Spannung an den Elektroden 16 und 17 anliegt, gelangt nach Reflexion vom Spiegel 6a im wesentlichen das gesamte Licht durch die Polarisiervorrichtung 20. Das Licht bleibt also unbeeinflußt, und die für den Strahlenweg 5a wirksame Güte Q bleibt unverändert.If no voltage is applied to the electrodes 16 and 17, the light polarized in one plane passes along the beam path 5a through the Kerr cell 15 without a change in the phase position occurring between the two perpendicular components. The light is then reflected by the mirror 6a in order to then pass through the Kerr cell 15 again. The polarizer 20 functions as a reflected light analyzer by transmitting only light polarized in the direction corresponding to the axes of the polarizer 20. Since in the present case no voltage is applied to the electrodes 16 and 17, essentially all of the light passes through the polarizing device 20 after reflection from the mirror 6a. The light remains unaffected and the quality Q effective for the beam path 5a remains unchanged.

Wird nun aber eine Spannung an die Elektroden 16 und 17 angelegt, dann entsteht unter dem Einfluß der Kerrzelle 15 eine Phasenverschiebung, die elliptisch polarisiertes Licht zur Folge hat. Das Licht wird anschließend am Spiegel 6a reflektiert und gelangt erneut durch die Kerrzelle 15, indem die elliptische Polarisationswirkung auf das Licht verdoppelt wird. Wenn das sich längs des Strahlweges 5a ausbreitende elliptisch polarisierte Licht wiederum durch die Polarisationsvorrichtung 20 gelangt, dann wirkt diese als Analysator, indem lediglich die Komponente des elliptisch polarisierten Lichtes, welche parallel zu den Achsen der Polarisationsvorrichtung 20 ausgerichtet ist, hindurchgelangen kann. Die Größe dieser Komponente ist geringer als die Größe des ursprünglich eben polarisierten Lichtes und entspricht einer cos2-Funktion der durch die Kerrzelle 15 hervorgerufenen Phasenverschiebung. Aus diesem Grunde ist das Licht in geringem Maße gedämpft und damit der Gütefaktor Q für den Strahlweg 5a reduziert.If, however, a voltage is applied to the electrodes 16 and 17, a phase shift occurs under the influence of the Kerr cell 15, which results in elliptically polarized light. The light is then reflected at the mirror 6a and again passes through the Kerr cell 15 in that the elliptical polarization effect on the light is doubled. When the elliptically polarized light propagating along the beam path 5a again passes through the polarization device 20, this acts as an analyzer in that only the component of the elliptically polarized light which is aligned parallel to the axes of the polarization device 20 can pass through. The size of this component is smaller than the size of the originally plane polarized light and corresponds to a cos2 function of the phase shift caused by the Kerr cell 15. For this reason, the light is attenuated to a small extent and thus the quality factor Q for the beam path 5a is reduced.

Die Auswahlmöglichkeit für die Strahlwege 5a bis 5c ergibt sich durch Einsetzen eines Paars von festen Kompensatoren 25 und 26. Jeder Kompensator, der in einem entsprechenden Strahlweg angeordnet ist, bewirkt einen unterschiedlichen Betrag in der Phasenverschiebung zwischen den beiden senkrechten Komponenten des sich von der Kerrzelle 15 ausbreitenden Lichts. Während die Kerrzelle 15 lediglich eine Komponente des Lichts verzögert, sind die Kornpensatoren 25 und 26 so eingerichtet, daß die andere senkrechte Komponente des Lichts verzögert wird, so daß eine Kompensation erzielt wird. Wird so z. B. eine Spannung bestimmter Höhe an die Elektroden 16 und 17 der Kerrzelle 15 angelegt, dann verzögert diese eine Komponente des- sich längs des Strahlwegs 5b ausbreitenden Lichts. Der Kompensator 25 verzögert die andere Komponente, so daß im wesentlichen eben polarisiertes Licht auf den Spiegel 6b einfällt. Nach Reflexion verzögert der Kompensator 25 die Phasenlage einer Komponente, während die Kerrzelle 15 den gleichen Betrag der Phasenverzögerung der anderen Komponente herbeiführt, so daß hierbei ebenfalls im wesentlichen eben polarisiertes Licht durch die Polarisationsvorrichtung 20 gelangen kann. Deshalb kann für diese bestimmte Spannung an der Kerrzelle 15 die für den Strahlweg 5b maßgebliche Güte Q als unvermindert angesehen werden.The choice for the beam paths 5a to 5c results from the use of a pair of fixed compensators 25 and 26. Each compensator, which is arranged in a corresponding beam path, causes a different amount in the phase shift between the two perpendicular components of the Kerr cell 15 spreading light. While the Kerr cell 15 only retards one component of the light, the compensators 25 and 26 are set up in such a way that the other perpendicular component of the light is retarded, so that compensation is achieved. Will z. If, for example, a voltage of a certain level is applied to the electrodes 16 and 17 of the Kerr cell 15, then this delays one component of the light propagating along the beam path 5b. The compensator 25 delays the other component so that essentially plane polarized light is incident on the mirror 6b. After reflection, the compensator 25 delays the phase position of a component, while the Kerr cell 15 brings about the same amount of phase delay of the other component, so that essentially plane polarized light can also pass through the polarization device 20. Therefore, for this specific voltage at the Kerr cell 15, the quality Q, which is decisive for the beam path 5b, can be regarded as undiminished.

Da im Gegensatz hierzu der Kompensator 26 einen gegenüber vorher unterschiedlichen Betrag in der Phasenverzögerung herbeiführt, ergibt die Spannung die eine Kompensation für den Strahlenweg 5b herbeiführt, eine Fehlanpassung für den Strahlweg 5c, so daß dessen Q-Faktor verringert wird. Weiterhin hat irgendeine Spannung, die an die Kerrzelle 15 angelegt wird, eine Verringerung des Q-Faktors für den Strahlweg 5a zur Folge, da in dessen Strahlweg kein Kompensator angeordnet ist. Eine an die Elektroden 16 und 17 der Kerrzelle 15 angelegte Spannung mit gegenüber vorher unterschiedlichem Wert hat eine Kompensationswirkung für den Strahlweg 5c zur Folge, während die Q-Werte in den anderen Strahlwegen 5a und 5b herabgesetzt werden.In contrast to this, since the compensator 26 brings about a different amount in the phase delay than before, the voltage which brings about a compensation for the beam path 5b results in a mismatch for the beam path 5c, so that its Q factor is reduced. Furthermore, any voltage that is applied to the Kerr cell 15 results in a reduction in the Q factor for the beam path 5a , since no compensator is arranged in its beam path. A voltage applied to the electrodes 16 and 17 of the Kerr cell 15 with a value that differs from the previous one results in a compensation effect for the beam path 5c, while the Q values in the other beam paths 5a and 5b are reduced.

An Stelle einer einzigen Kerrzelle 15, die in der Anordnung nach Fig. 1 verwendet wird, kann ebensogut eine größere Anzahl von Kerrzellen, nämlich jeweils eine für einen Strahlweg, eingesetzt werden. An jede Kerrzelle muß dann jeweils die gleiche Spannung angelegt werden; so daß sich die gleiche Betriebsweise wie oben beschrieben ergibt.Instead of a single Kerr cell 15, which in the arrangement according to Fig. 1 is used, a larger number of Kerr cells, namely each one for a beam path. Then one has to go to each Kerr cell the same voltage is applied; so that the same mode of operation as described above results.

In der Darstellung nach F i g . 2 werden grundsätzlich die gleichen Bezugszeichen wie in der Darstellung nach Fig. 1 verwendet. In der Darstellung nach Fig. 2 ist lediglich der Maßstab vergrößert, um die im Strahlweg 5b auftretenden Winkel besser herausstellen zu können. Die exakte räumliche Lage des konkaven Spiegels 7 ist eine Funktion des Radius r des kugelförmigen stimulierbaren Mediums 9. In jedem Fall liegt der konkave Spiegel 7 konzentrisch zum Mittelpunkt des selektiv stimulierbaren Mediums 9, wobei sein Radius mit R bezeichnet wird.In the representation according to Fig. 2, the same reference numerals are used as in the illustration according to FIG. 1. In the illustration according to FIG. 2, only the scale is enlarged in order to be able to better emphasize the angles occurring in the beam path 5b. The exact spatial position of the concave mirror 7 is a function of the radius r of the spherical stimulable medium 9. In any case, the concave mirror 7 is concentric to the center of the selectively stimulable medium 9, its radius being denoted by R.

Der Wert für das Verhältnis von R zu r ergibt sich aus der Funktion der Brechungsindizes der jeweiligen Medien, durch welche das sich längs des Strahlweges 5 b ausbreitende Licht gelangt. Unabhängig davon, daß ohne weiteres irgendwelche Medien verwendet werden können, sei hier angenommen, daß sich zwischen dem Spiegel 6b und dem stimulierbaren Medium 9 Luft befindet, also der Brechungsindex gleich n" = 1 ist, daß das stimulierbare Medium 9 einen Brechungsinwert n besitzt und daß ein Medium mit einem Brechungsindex n' zwischen dem konkaven Spiegel 7 und dem stimulierbaren Medium 9, also links von der strichpunktierten Linie 30 in Fig. 2, existiert. Aus der Definition des Brechungsindexes ergibt sich und Weiterhin gilt " daraus so daß sich ergibt: Wird nun die Anordnung gemäß der Vorschrift nach Gleichung (1) konstruiert und ausgelegt, dann breitet sich jeder von einem Punkt der Oberfläche des konkaven Spiegels 7 ausgehende und durch das stimulierbare Medium 9 gelangende Lichtstrahl hinter dem stimulierbaren Medium 9 in zueinander parallelliegenden Strahlwegen aus. Aus diesem Grunde ist es unbeachtlich, in welcher Entfernung vom stimulierbaren Medium. 9 ein ebener Spiegel, wie Spiegel lib, angebracht wird. Für die Anordnung des Spiegels 6b ist es lediglich erforderlich, daß seine Fläche senkrecht zu dem Strahlweg liegt, der durch den Mittelpunkt des stimuherbaren Mediums 9 geht. Das gleiche gilt für die weiteren ebenen Spiegel 6a und 6c in der Anordnung nach Fig. 1. Es hat sich gezeigt, daß die für eine befriedigende Betriebsweise des stimuherbaren Mediums erforderliche Justierung relativ leicht ohne Verwendung von besonderen komplizierten Justiervorrichtungen und damit verbundener Verfahren durchgeführt werden kann.The value for the ratio of R to r results from the function of the refractive indices of the respective media through which the light propagating along the beam path 5b passes. Regardless of the fact that any media can be used without further ado, it is assumed here that there is air between the mirror 6b and the stimulable medium 9, ie the refractive index is equal to n "= 1, that the stimulable medium 9 has a refractive index n and that a medium with a refractive index n 'exists between the concave mirror 7 and the stimulable medium 9, that is to say to the left of the dash-dotted line 30 in Fig. 2. The definition of the refractive index results and Furthermore applies " from it so that it results: If the arrangement is now constructed and designed according to the rule according to equation (1), then each light beam emanating from a point on the surface of the concave mirror 7 and passing through the stimulable medium 9 spreads behind the stimulable medium 9 in parallel beam paths. For this reason it is irrelevant at what distance from the stimulable medium. 9 a flat mirror, such as mirror lib, is attached. For the arrangement of the mirror 6b it is only necessary that its surface is perpendicular to the beam path which passes through the center of the stimulable medium 9. The same applies to the further flat mirrors 6a and 6c in the arrangement according to FIG. 1. It has been shown that the adjustment required for satisfactory operation of the stimulable medium can be carried out relatively easily without the use of particularly complicated adjustment devices and associated methods .

. In der nachstehend gebrachten Tabelle sind Werte und Abmessungen eines erfolgreich betriebenen, erfindungsgemäß .aufgebauten Modells angegeben. Es wird aber darauf hingewiesen, daß die angegebenen Werte in keiner Weise eine Einschränkung der Erfindung darstellen.. The table below shows the values and dimensions of a successfully operated model constructed according to the invention. It it should be noted, however, that the values given are in no way a limitation represent the invention.

Stimulierbares Medium ....... Rubinkristall Winkel zwischen den äußersten Strahlwegen ............... 22° Radius r des Rubinkristalls ... 12,7 mm Radius R des Konkavspiegels . 15,8 mm Brechungsindex ri ........... 1,51 Genauigkeit in der senkrechten Justierung der ebenen Spiegel -4- 3 Bogensekunden Energie der Anregungslichtquelle .................... 320 Joules Die Darstellung nach Fig. 3 zeigt. einen zylindrischen Rubinkristall 9', der in Richtung seiner Längsachse linsenförmig gestaltet ist, so daß er gemäß der Lehre der Erfindung verwendet werden kann. Ein auf einer Endfläche des zylindrisch gestalteten Rubinkristalls 9' aufgebrachter Belag 7' ersetzt den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Konkavspiegel 7. Dies läßt sich durchführen, wenn die Radien R' und r' der sphärisch gekrümmten Endflächen des zylindrischen Rubinkörpers 9' entsprechend der erfindungsgemäß zu erzielenden Wirkung gewählt werden.Stimulable medium ....... ruby crystal angle between the outermost beam paths ............... 22 ° radius r of the ruby crystal ... 12.7 mm radius R of the concave mirror. 15.8 mm refractive index ri ........... 1.51 Accuracy in the vertical adjustment of the flat mirrors -4- 3 arc seconds Energy of the excitation light source .............. ...... 320 Joules The illustration according to FIG. 3 shows. a cylindrical ruby crystal 9 ', which is designed lens-shaped in the direction of its longitudinal axis, so that it can be used according to the teaching of the invention. A coating 7 'applied to one end face of the cylindrically shaped ruby crystal 9' replaces the one shown in FIGS. 1 and 2 shown concave mirror 7. This can be carried out if the radii R ' and r' of the spherically curved end surfaces of the cylindrical ruby body 9 'are selected according to the effect to be achieved according to the invention.

Wird in Gleichung (1) n' gleich n gesetzt, dann ergibt sich für diese Gleichung Durch Gleichung (2) wird ein Strahlweg 5b' definiert, der ausschließlich innerhalb des stimulierbaren Mediums 9' konvergiert und fokussiert wird. Deshalb ist auch der Brechungsindex h in Fig. 2 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gleich dem Wert des Brechungsindex n gesetzt worden.If n 'is set equal to n in equation (1), then the following results for this equation Equation (2) defines a beam path 5b ' which is exclusively converged and focused within the stimulable medium 9'. Therefore, the refractive index h in FIG. 2 in the exemplary embodiment according to FIG. 2 has also been set equal to the value of the refractive index n.

In F i g. 3 ist lediglich eine Abwandlung für die Gestaltung des stimulierbaren Mediums 9 in Fig. 2 gezeigt worden. Es sind aber auch noch ohne weiteres andere Abwandlungen möglich. So können z. B.- die für eine Strahlübertragung nicht erforderlichen oberen und unteren Teile des stimulierbaren Mediums 9 entfernt werden.In Fig. 3 is only a modification for the design of the stimulable Medium 9 has been shown in FIG. But there are also others without further ado Modifications possible. So z. B.- those not required for beam transmission upper and lower parts of the stimulable medium 9 are removed.

Die Anordnung gemäß F i g. 1 läßt sich in zweifacher Weise anwenden, da nämlich der stimulierte Strahl entweder vom einen oder vom anderen Ende der jeweiligen Strahlwege 5a bis 5c ausgegeben werden kann. Wenn so z. B. die Spiegel 6a bis 6c lediglich teilweise reflektierend sind, dann wird jeweils Licht in streng parallelen Strahlwegen mit einem hohen Grad an Bündelung abgegeben. Diese Art von Lichtstrahlen kann bei Nachrichtenübertragungssystemen Anwendung finden, indem sie in geeigneter Weise moduliert sind. Sind dabei die Strahlwege 5a bis 5c jeweils auf entsprechende Empfangseinrichtungen gerichtet, dann können Nachrichten wahlweise auf eine oder mehrere dieser Empfangseinrichtungen übertragen werden.The arrangement according to FIG. 1 can be used in two ways, since the stimulated beam can be output either from one end or from the other end of the respective beam paths 5a to 5c. If so z. B. the mirrors 6a to 6c are only partially reflective, then each light is emitted in strictly parallel beam paths with a high degree of focus. This type of light beam can find application in communication systems by appropriately modulating them. If the beam paths 5a to 5c are each directed to corresponding receiving devices, then messages can optionally be transmitted to one or more of these receiving devices.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ergibt sich, wenn der Konkavspiegel 7 teilweise reflektierend ausgebildet wird, so daß dann an dieser Stelle der stimulierte Strahl austreten kann. Wird in diesem Anwendungsfall die Anzahl der Strahlwege 5 erhöht, dann kann der sich jeweils ergebende stark fokussierte Strahl in gleicher Weise angewendet werden wie der Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre, wobei dann der weitere Vorteil eines hohen Auflösungsvermögens und einer großen Strahlleistung gegeben ist.Another possible application of the arrangement shown in FIG. 1 results when the concave mirror 7 is made partially reflective, so that the stimulated beam can exit at this point. Will in this If the application increases the number of beam paths 5, then the resulting highly focused beam can be applied in the same way as the electron beam a cathode ray tube, with the further advantage of a high resolution and a large beam power is given.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich aus der Möglichkeit, die ebenen Spiegel 6 distanziert anzubringen. Da die zwischen den Spiegeln 6 und dem stimulierbaren Medium 9 auftretenden Strahlwege parallel zueinander sind, ist es möglich, die Spiegel 6 in einer solchen Distanz vom stimulierbaren Medium 9 anzubringen, daß es kein Problem darstellt, die Polarisiervorrichtung 20, die Kerrzelle 15 und die festen Kompensatoren 25 und 26 indem Strahlengang unterzubringen. Es. ist aber nicht unbedingt erforderlich, daß die Polarisationsvorrichtungen 20 zwischen den Spiegeln 6 und dem stimulierbaren Medium 9 angebracht wird; sie kann ebensogut zwischen dem Konkavspiegel 7 und dem stimulierbaren Medium 9 untergebracht sein.Another advantage of the arrangement according to the invention results from the possibility of attaching the flat mirror 6 at a distance. Since the between the Mirror 6 and the stimulable medium 9 occurring beam paths parallel to each other are, it is possible to place the mirror 6 at such a distance from the stimulable To attach medium 9 that it is not a problem, the polarizing device 20, to accommodate the Kerr cell 15 and the fixed compensators 25 and 26 in the beam path. It. but it is not absolutely necessary that the polarization devices 20 placed between the mirrors 6 and the stimulable medium 9; she can accommodated just as well between the concave mirror 7 and the stimulable medium 9 be.

Da das stimulierbare Medium 9 kugelförmig gestaltet ist, ist es natürlich auch möglich, dafür Vorsorge zu treffen, daß Strahlwege auch unter anderen Raumwinkeln als die hier gezeigten vorgesehen werden. Werden nur die in Fig. 1 gezeigten Strahlwege neben unter gleichen Winkeln liegenden Strahlwegen ausgenutzt, dann genügt eine entsprechende zylindrische Gestaltung des stimulierbaren Mediums, dessen Endflächen dann lediglich sphärisch ausgebildet sind.Since the stimulable medium 9 is spherical in shape, it is natural also possible, for that provision to hit that beam paths also under other solid angles than those shown here can be provided. Will only the in Fig. 1 utilized beam paths in addition to beam paths lying at the same angles, then a corresponding cylindrical design of the stimulable medium is sufficient, the end faces of which are then merely spherical.

Bei einer weiteren Abwandlung der erfindungsgemäßen Anordnung kann der konkave Spiegel 7 in. diskrete Abschnitte unterteilt sein, wobei dann jeder Abschnitt einen Reflexionspunkt einschließt, auf den der Strahl fokussiert wird. Wenn weiterhin der Strahl am Reflexionspunkt äußerst scharf fokussiert ist, dann ergibt sich nur ein äußerst geringer Unterschied zwischen einem sphärischen Spiegel mit dem Radius R und einem ebenen Spiegel, der unter entsprechendem Winkel am Reflexionspunkt angeordnet ist.In a further modification of the arrangement according to the invention, the concave mirror 7 can be divided into discrete sections, each of which Section includes a reflection point on which the beam is focused. If the beam is still extremely sharply focused at the point of reflection, then there is only an extremely small difference between a spherical mirror with the radius R and a plane mirror at the appropriate angle at the point of reflection is arranged.

Schließlich ergibt sich noch eine weitereAbwandlungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung, wenn der stimulierte Strahl von Natur aus bereits polarisiert ist. In diesem Fall können die optischen Achsen des stimulierbaren Mediums 9 unter 45' in bezug auf die Ebene der Darstellung nach Fig. 1 ausgerichtet sein, so daß die Verwendung einer besonderen Polarisationsvorrichtung 20 entfällt.Finally, there is still another possible modification of the Arrangement according to the invention when the stimulated beam is already polarized by nature is. In this case, the optical axes of the stimulable medium 9 can be below 45 'be aligned with respect to the plane of the representation of FIG. 1, so that the use of a special polarization device 20 is omitted.

Claims

Claims: 1. Arrangement for deflecting the stimulated radiation of an optical transmitter or amplifier in discrete solid angles under the action of Q-switching devices by changing the quality of the optical resonator for certain directions with a spherically designed stimulable medium in an area effective for the operating mode, the emitted stimulated Radiation is reflected on one side by the first concentric concave mirror located at the focal point of the lens-like acting medium with the refractive index n and is reflected on the other side by second reflective surfaces each in one of the discrete solid angles, characterized in that the refractive index n 'of the optical medium between the first concentric concave mirror (7) and the stimulable medium (9) with the refractive index n compared to the refractive index (n "= 1) of the one between the stimulable medium (9) and the second in each case as a plane mirror gel (6) formed reflective surfaces lying medium according to the relationship where R = focal length of the stimulable medium, r = radius of the spherical area of the stimulable medium, is chosen so that the stimulable medium emits bundles of parallel stimulated radiation at a solid angle in the direction of the respectively assigned plane mirror (6).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for a refractive index n '= n equal to that of the stimulable medium, the stimulable medium (9') in that area which cooperates with the concentric concave mirror and is opposite to the spherical area with a radius r ' , has a further spherical boundary surface which has a reflective coating (7 ') and a radius (R') in which the radii are defined by the relationship are linked.

3. Arrangement according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the stimulable medium is in areas ineffective for the stimulated radiation has a cylindrical shape. Documents considered: French patent specification No. 1340 840.