DE1230146B - Optischer Sender oder Verstaerker mit gasfoermigem stimulierbarem Medium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIs

Deutsche KL: 21g-53/12

Nummer: 1230146

Aktenzeichen: P 34985 VIII c/21 j

Anmeldetag: 1. September 1964

Auslegetag: 8, Dezember 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender oder Verstärker mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, bei dem eine elektrische Entladung in einem rohrförmigen Kolben aufrechterhalten wird, der innerhalb eines durch zwei 5 Spiegel gebildeten optischen Resonators angeordnet ist.

Im allgemeinen besteht das Entladungsgefäß aus einem zylindrischen Rohr, dessen Enden mit zwei einander gegenüberstehenden Spiegeln verschmolzen sind, von denen der eine etwas strahlungsdurchlässig ist. Sie schließen das Entladungsgefäß vakuumdicht gegen die Außenatmosphäre ab. Sie können aber auch außerhalb des Entladungsgefäßes angebracht sein, wenn dessen Kolben durch zwei planparallele Platten, die unter einem bestimmten Winkel zur Lichtausbreitungsrichtung geneigt sind, verschlossen wird. Diese Schrägstellung der Platten vermindert die Reflexionsverluste der Strahlung, die in der Einfallsebene polarisiert ist, an ihnen. Dieser sögenannte Brewstersche Winkel beträgt bei Quarz etwa 55° gegen die Achsrichtung des Rohres. Da sich parallelgeschliffene Weichglasplatten unter Erhaltung der Parallelität nur schwer an ein Rohr anschmelzen lassen, müssen die Endplatten aus Quarzglas bestehen und daher ebenfalls das Rohr. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die thermische Ausdehnung der Anordnung sehr klein bleibt.

Die Länge des Entladungsrohres bestimmt unter anderem die emittierte Strahlungsleistung, die mit wachsender Länge zunimmt. Von ihr ist auch die Art der Resonatorschwingung abhängig. Die Länge kann zwischen 10 cm und mehreren Metern liegen.

Die elektrische Entladung im Gefäßrohr wird aufrechterhalten zwischen zwei in das Gefäß eingeschmolzenen oder außerhalb des Gefäßes angebrachten Elektroden. Während im ersten Fall ein Betrieb mit Gleich- oder Wechselstrom möglich ist, kann mit Außenelektroden die Entladung nur mit Hochfrequenz betrieben werden.

Als Gasfüllung dienen ein oder mehrere Gase mit niederem Druck, von denen die wichtigsten aus einer Mischung von Helium und Neon oder Helium und Xenon bei einem Druck von etwa 1 Torr bestehen. Um eine optimale Wirkung zu erhalten, muß die Gasfüllung eine bestimmte Zusammensetzung haben, so ist beispielsweise bei einer Mischung aus Helium und Neon ein Verhältnis von 6:1 erforderlich. Auch der Fülldruck bestimmt die optimale Wirkung des optischen Senders oder Verstärkers. Die Abhängigkeit von Fülldruck und Gaszusammensetzung durchläuft recht scharfe Maxima, so daß von ihrer Kon-Optischer Sender oder Verstärker mit
gasförmigem stimulierbarem Medium

Anmelder:

Patent-Treuhand-Gesellschaft
für elektrische Glühlampen m. b. H.,
München 9, Hellabrunner Str. 1

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Erhard Rasch,
Dr. Herbert Dziergwa, Berlin

stanz die Wirkung des optischen Senders oder Verstärkers entscheidend abhängt.

Der Betrieb derartiger Entladungslampen zur Erzeugung einer stimulierten Emission litt bisher darunter, daß der Druck und das Mischungsverhältnis der Gasfüllung sich nicht über längere Zeit aufrechterhalten ließen. Die Ursache dafür ist in der elektrischen Aufzehrung des Gases zu suchen. Diese Gasaufzehrung unter dem Einfluß der Entladung hat zwei Ursachen. Sie kann entweder durch die Elektroden erfolgen oder unmittelbar durch die Gefäßwand. Erstere läßt sich durch Verwendung von aktivierten Glühelektroden oder durch Außenelektroden vermeiden, gegen letztere ist jedoch bisher kein geeignetes Mittel gefunden worden.

Bei der Gasaufzehrung durch die Gefäßwand erniedrigt sich nicht nur der Fülldruck, sondern es ändert sich außerdem die optimale Gaszusammensetzung, da in der elektrischen Entladung durch das Gasgemisch jene Komponente bevorzugt aufgezehrt wird, die die geringere Ionisierungsspannung hat und die Entladung trägt. Diese ist bei einer Mischung aus Helium und Neon das Neon. Die Gasaufzehrungsgeschwindigkeit ist stark vom Material abhängig, aus dem das Entladungsgefäß besteht; sie ist besonders groß bei Gläsern, von denen gerade das aus anderen Gründen für den Betrieb vorteilhafte Quarzglas der Werkstoff mit der größten Gasaufzehrungsgeschwindigkeit ist.

Bei einem optischen Sender oder Verstärker mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, bei dem eine elektrische Entladung in einem rohrförmigen Kolben aufrechterhalten wird, der innerhalb eines durch zwei Spiegel gebildeten optischen Resonators

609 730/321

I 230

angeordnet ist, wird erfindungsgemäß die bei der elektrischen Entladung sich auswirkende Gasaufzehrung durch die Gefäßinnenwand durch einen Schutzüberzug auf der Gefäßinnenwand verhindert.

Dieser Schutzüberzug besteht zweckmäßigerweise aus einer kristallisierten Substanz. Solche kristallisierte Substanzen nach der Erfindung sind Metalloxyde oder Verbindungen dieser Metalloxyde mit Sauerstoffsäuren zu Phosphaten und Silikaten.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bereits kristallisierter Quarz eine geringere Aufzehrungsgeschwindigkeit hat als Quarz in glasiger Form. Noch viel stärker ist die Wirkung bei einigen Oxyden, wie beispielsweise bei MgO, SnO₂ oder ZrO₂, nicht so groß ist diese Wirkung bei Al₂O₃ und BeO-Substanzen.

Es ist dabei nicht ausschlaggebend, in welcher Form die Schicht auf die Gefäßinnenwand aufgebracht wird. Nach der Erfindung wird die Schicht zweckmäßigerweise dadurch erzeugt, daß aus dem die Gasaufzehrung verhindernden Stoff in Pulverform mit einem geeigneten Bindemittel eine Suspension hergestellt und in das Rohr eingebracht wird. Nach Ablaufen der Suspension und Ausbrennen des Bindemittels durch eine geeignete Hitzbehandlung des Kolbens bleibt eine Pulverschicht auf der Innenwand zurück.

Die Dicke dieser Schicht ist nicht kritisch. Sie muß jedoch so groß sein, daß die Gefäßinnenwand durch das Pulver vollständig bedeckt ist. Dazu genügen Pulverschichten von 1 bis 5 mg/cm² je nach dem spezifischen Gewicht der gewählten Substanz. Es hat sich gezeigt, daß diese Pulverschicht im Innern des Gefäßes den Betrieb nicht stört, da die radial austretenden Strahlen, die an der Pulverschicht gestreut werden, keinen Einfluß auf die Intensität des Strahles bzw. auf den Verstärkungsgrad haben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Dabei ist 1 der aus Quarzglas bestehende Kolben des Entladungsgefäßes mit einer Länge von 120 cm und einem Innendurchmesser von 8 mm. Mit 2 sind die unter dem Brewsterschen Winkel von 55° zur Achse des Kolbens geneigten planparallelen Abschlußplatten aus Quarz bezeichnet. 3, 3' sind die in Achsrichtung außerhalb des Gefäßes angeordneten Spiegel, die den optischen Resonator bilden, von denen der eine nicht vollständig verspiegelt ist, sondern eine Strahlendurchlässigkeit von einigen Prozent hat. Diese Spiegel können auch innerhalb des Kolbens angeordnet sein, sie können aber auch unmittelbar an den Enden des Kolbens angeschmolzen werden.

Mit 4, 4' sind die aktivierten Glühelektroden bezeichnet. Sie sind in Elektrodengefäße 5, 5' eingeschmolzen, die senkrecht zur Achse des Kolbens 1 des Entladungsgefäßes angeordnet sind.

Das Gefäß ist mit einer Gasmischung von Helium und Neon im Verhältnis 6 :1 gefüllt. Der Fülldruck beträgt etwa 1 Torr. Das Rohr wird mit einer Brennspannung von etwa 2000 V und einer Stromdichte von 50 bis 70 mA/cm² betrieben.

Die Kolbeninnenwand 1 ist nach der Erfindung mit einer Pulverschicht 6 von MgO mit einer Schichtdicke von 2 mg/cm² bedeckt. Diese Schicht ist mittels eines Schlämmverfahrens eingebracht worden.

Es hat sich gezeigt, daß die Gasfüllung und das Gasmischungsverhältnis in diesem Entladungsgefäß nach einem ununterbrochenen Betrieb von 250 Stunden und darüber konstant bleibt, zum Unterschied zu einem Vergleichsgefäß mit einem Quarzglaskolkolben ohne Schicht nach der Erfindung, in dem bereits nach 50 Stunden die Gasaufzehrung so groß war, daß die elektrische Entladung nicht mehr aufrechterhalten werden konnte.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker mit gasförmigem stimulierbarem Medium, bei dem eine elektrische Entladung in einem rohrförmigen Kolben aufrechterhalten wird, der innerhalb eines durch zwei Spiegel gebildeten optischen Resonators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei der elektrischen Entladung sich auswirkende Aufzehrung des gasförmigen Mediums durch die Gefäßinnenwand durch einen Schutzüberzug (6) auf der Gefäßinnenwand verhindert wird.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (6) auf der Gefäßinnenwand aus einer kristallisierten Substanz besteht.

3. Optischer Sender nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (6) auf der Gefäßinnenwand aus Metalloxyden in Pulverform besteht.

4. Optischer Sender nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (6) aus Verbindungen dieser Metalloxyde mit Sauerstoffsäuren, wie Phosphaten und Silikaten, besteht.

5. Optischer Sender nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gasaufzehrung verhindernde Schicht (6) aus MgO, SnO₂, ZrO₂, Al₂O₃, BeO oder aus Mischungen dieser Stoffe in Pulverform besteht.

6. Optischer Sender nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der pulverförmigen Schutzschicht 1 bis 5 mg/cm² nach dem spezifischen Gewicht der Substanz beträgt.

7. Optischer Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht aus MgO mit einer Dicke von mindestens 2 mg/cm² besteht.

8. Verfahren zum Herstellen einer die Gasaufzehrung verhindernden Schutzschicht auf der Innenwand eines Gasentladungsrohres nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend wie bei einer Leuchtstoffbeschirmung die Schutzschicht (6) mittels einer Suspension aus pulverförmigem MgO (oder anderen in den Ansprüchen 4 und 5 genannten Substanzen) mit einem Bindemittel in das Entladungsrohr eingebracht und das Bindemittel danach ausgebrannt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1351199.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 730/321 11.66 © Bundesdruckerei Berlin