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Optischer Molekularverstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen
optischen Molekularverstärker (Laser), wie er beispielsweise für die Verstärkung
von Lichtwellen in letzter Zeit bekanntgeworden ist, Das allgemeine Prinzip eines
optischen Molekularverstärkers ist zwar in drr Literatur schon hinreichend beschrieben,
doch soll zum besseren Verständnis zunächst an Hand eines einfachen Beispiels nochmals
kurz auf die Wirkungsweise eines derartigen optischen Molekularverstärkers eingegangen
werden. Die Fig.1 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Ordinate die Energie E und
auf der Abszisse die sogenannte Besetzungszahl n aufgetragen ist. Das Diagramm enthält
die Darstellung der Energieverteilung für das für den Verstärkungsvorgang aktivierbare
Material (weiterhin als »aktives Material« bezeichnet) mit drei Energieniveaus.
Die einzelnen Energieniveaus sind mit E1, E2 und E3 bezeichnet. Ihre Besetzung -
darunter wird die Anzahl der jeweiligen Atome mit diesem Energiezustand verstanden
- ist so im thermischen Gleichgewicht, daß die höheren Energieniveaus weniger besetzt
sind als die tieferen Energieniveaus. Die Verteilung entspricht einer Boltzmann-Verteilung
und ist in der F i g. 1 mit B bezeichnet. Der Schnittpunkt dieser Kurve mit den
einzelnen Energieniveaus gibt an, welche Besetzungszahlen den einzelnen Energieniveaus
zukommen.
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Beim optischen Molekularverstärker, bei dem das aktive Material vorzugsweise
aus einem Festkörper, wie Rubin u. dgl., besteht, lassen sich die im optischen Bereich
liegenden Energieniveaus des aktiven Materials im Gegensatz zu seinen Energieniveaus
im Mikrowellenbereich nur noch gering durch ein äußeres magnetisches Gleichfeld
aufspalten. Eine geringe Beeinflussung ist ebenfalls über die Temperatur möglich.
Es ist deshalb in der Regel ein solches aktives Material zu wählen, bei dem der
Abstand zwischen den Energieniveaus El und E2 dem Produkt h - f, und der Abstand
zwischen Energieniveaus E1 und E3 dem Produkt h - fp entspricht, worin h
das Planeksche Wirkungsquantum, fs die mittlere Signalfrequenz und f p die
dem Pumpübergang entsprechende Pumpfrequenz ist.
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Der Verstärkungsvorgang in einem derartigen Drei-Niveau-Molekularverstärker
geht nun etwa wie folgt vor sich: Mittels von außen zugeführter Pumpenergie wird
die Besetzungszahl in den einzelnen Energieniveaus ;eändert, und zwar derart, daß
auf E3 sich die Be-3etzungszahl von h3 auf n3 erhöht. Weil die Zahl der Atome in
dem aktiven Material festliegt, verringert ;ich durch diese Quantenübergänge die
Besetzung bei E1 um den gleichen Betrag. Die Besetzung geht also ür El zurück von
n, auf n1'. Es ist somit für E2 eine größere Besetzungszahl (n2) erzwungen, als
El durch die Besetzung n1' hat. Die Inversion des Niveaupaares El/E2 wird noch erheblich
verbessert, wenn die den thermischen Ausgleich der einzelnen Energieniveaus untereinander
bestimmende Relaxationszeit für das Niveaupaar E31E2 wesentlich kleiner ist
als für das Niveaupaar E2lEL Wird nun ein äußeres Signal mit der Frequenz f8 zugeführt,
so gehen Atome mit dem Energiezustand E2 in den Energiezustand El über. Gleichzeitig
tritt auch eine gewisse Transportierung von Atomen des Energiezustandes El in den
Energiezustand E2 ein. Der Übergang von E2 nach El entspricht einer induzierten
Emission des aktiven Materials auf der Frequenz fs, während der Übergang von El
nach E2 einer Absorption der induz;erenden Signalenergie entspricht. Durch die mittels
des Pumpens erzwungene Besetzung der Energieniveaus El und E2 überwiegt jedoch die
induzierte Emission gegenüber der Absorption, so daß insgesamt mehr Signalenergie
der Frequenz f, vom aktiven Material emittiert wird, als einfallende bzw. induzierende
Signalenergie mit der Frequenz f, in dem aktiven Material absorbiert wird.
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Das Drei-Niveau-System ist nur eines der möglichen Systeme, nach dem
optische Molekularverstärker arbeiten können. Es gibt auch Systeme mit beispielsweise
vier oder mehr Niveaus, auf deren Erläuterung zur Vereinfachung hier nicht näher
eingegangen werden soll, da sie analog arbeiten.
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Während im Mikrowellenbereich Energiequellen, deren Gesamtenergie
die gleiche Frequenz und die gleiche Phase haben, mit ausreichender Leistung zur
Verfügung stehen, lassen sich Lichtwellen auf diese Weise bisher nicht herstellen.
Infolgedessen erfolgen auch die durch Lichtenergie angeregten Quantenübergänge nicht
gleichphasig. Die Synchronisation der Emission der Atome im Gebiet der Licht- und
Wärmewellen kann nun dadurch erfolgen, daß das aktive Material mit für die Zwecke
der Verstärkung geeigneten Quantenübergängen, beispielsweise ein Rubin-
Einkristall,
zu einem Stab zugeschnitten wird, dessen Enden mit hoher Präzision eben geschliffen
und mit einer teilweise reflektierenden, teilweise durchlässigen Silberschicht bedeckt
sind. Werden die eingebauten Chromionen dieses Stabes mittels zugeführter Pumpenergie
bis zur Inversion angeregt, so fallen sie nach kurzer Zeit unter Aussendung von
allen möglichen inkohärenter Wellen in ihren Ruhezustand zurück. Einige Wellen jedoch,
die längs der Achse des Kristalls laufen, treffen auf die reflektierenden Endflächen
und laufen wieder zurück. Sie lösen auf dem Rückweg in den angeregten Ionen, die
sie durchqueren, weitere Wellen derselben Frequenz und auch Phase aus, so daß ein
sich verstärkender Wellenzug entsteht, der von der gegenüberliegenden Silberschicht
teils durchgelassen, teils zurückgeworfen wird und sich bei laufender Zuführung
von Pumpenergie weiter verstärkt. Bei richtiger Ausführung der reflektierenden Wände
entsteht eine stehende Welle, die bei ausreichender Pumpleistung durch die durchlässigen
Wände Energie nach außen abgeben kann. Die auf diese Weise entstehenden Wellen sind
stark gebündelt, da nur die Energie, die genau längs der Kristallachse läuft, eine
Aussicht auf Reflexion an den Enden und damit auf Verstärkung hat. Neben den in
Achsrichtung des Stabes angeregten Lichtwellen von Signalfrequenz werden auch noch
viele weitere Lichtwellen durch Streuung oder Beugung an den Endflächen des Stabes
angeregt. Die hierdurch bedingten Verluste sind relativ groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Molekularverstärker
der einleitend beschriebenen Art unter anderem hinsichtlich der auftretenden Verluste
unter Berücksichtigung leichter Herstellbarkeit wesentlich zu verbessern.
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Ausgehend von einem optischen Molekularverstärker, bestehend aus einem
aktiven, lichtdurchlässigen Material mit wenigstens drei Energieniveaus, dem Pumpenergie
zur Invertierung von Niveaupaaren zugeführt wird und bei dem das aktive Material
die Gestalt eines Rings hat, dessen Oberfläche von solcher Beschaffenheit ist, daß
sich in seinem Innern Lichtwellen von Signalfrequenz bevorzugt in Umfangsrichtung
ausbilden, wird erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ring einen rechteckigen
Querschnitt mit achsparallelen Mantelflächen aufweist.
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Bei der Erfindung wird von der wesentlichen Erkenntnis ausgegangen,
daß bei einer Scheibenkonfiguration des aktiven Materials, nicht allzu große Pumpleistung
vorausgesetzt, nur solche Lichtmoden (Lichtwellenschwingungstypen) selbsterregte
Schwingungen ausbilden können, deren Fortpflanzungsrichtung in Umfangsrichtung der
Scheibe unter einem Reflexionswinkel am Umfang erfolgt, der größer ist als der Grenzwinkel
der Totalreflexion gegen das die Scheibe umgebende Medium. Hierbei weisen Moden
mit streifender Inzidenz die größte Güte auf. Die Scheibenform ermöglicht also ebenso
wie der an seinen Enden reflektierende Stab die Anregung kohärenter Schwingungen,
die bei der Scheibe jedoch nicht notwendig in Form stehender, sondern auch in Form
umlaufender Wellen auftreten. Die Scheibe hat mit anderen Worten eine Wanderwellencharakteristik.
Die Entartung der Scheibe in einen Ring nach der Erfindung hat die Wirkung einer
zusätzlichen Modenselektion, weil dadurch die. Anregung der existenzfähigen Moden
noch erheblich eingeschränkt wird.
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Zwar ist ein optischer Molekularverstärker bekannt, bei dem das aktive
Material einen lichtdurchlässigen Kristall in Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts
bildet, jedoch weist dieser gegenüber dem Erfindungsgegenstand wesentliche Nachteile
auf. Während bei der bekannten Anordnung Lichtwellen ganz allgemein in Umfangsrichtung
bevorzugt angeregt werden, werden beim Erfindungsgegenstand wegen der achsparallelen
Mantelflächen von den möglichen umlaufenden Wellen nur die bevorzugt, die senkrecht
zur Ringachse ausgerichtet sind. Neben dieser dadurch wesentlich höheren Selektivität
hat der Erfindungsgegenstand gegenüber der bekannten Anordnung auch den Vorteil,
daß sich der Ring in rechteckigem Querschnitt mit achsparallelen Mantelflächen wesentlich
einfacher darstellen läßt als mit zweidimensional gekrümmten.
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Für die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist es sinnvoll,
wenn der Ring an seinem Umfang optisch glatt poliert ist und das aktive Material,
aus dem der Ring besteht, gegen seine Umgebung einen Brechungsindex größer als 1
aufweist. Da bei der erfindungsgemäßen ringförmigen Konfiguration zweckmäßigerweise
nur solchem aktivem Material Pumpenergie zugeführt wird, das an den im Ring angeregten
umlaufenden Wellen aktiv teilnimmt, ist der Innenradius des Rings gleich dem Verhältnis
aus seinem Außenradius zum Brechungsindex gegenüber seiner Umgebung zu wählen.
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Kommt es auf eine möglichst große Modenselektion an, dann ist es vorteilhaft,
wenn das Verhältnis des Außenradius zum Innenradius kleiner ist als das Verhältnis
des Brechungsindex des Rings zu dem seiner Umgebung.
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Besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich einer hohen Modenselektion
lassen sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dann erreichen, wenn der Ring
aus einem lichtdurchlässigen Grundmaterial besteht, das über den Ringquerschnitt
und/oder in Umfangsrichtung des Rings unterschiedlich mit aktiven Ionen angereichert
ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das lichtdurchlässige Grundmaterial lediglich
in einer ringförmigen Zone des Ringquerschnitts, die senkrecht zur Ringachse verläuft,
mit aktiven Ionen angereichert ist.
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Weiter ist es günstig, den Ring lediglich in einer Zone eines Ringabschnittes,
deren Länge klein gegen den Ringumfang ist, zu dotieren.
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Beim erfindungsgemäßen optischen Molekularverstärker können die im
Ring angeregten Lichtwellen der Signalfrequenz zu einem kleinen Bruchteil am Umfang
als tangentialer, scheibenförmiger Strahl austreten. Diese Strahlcharakteristik
ist in der Regel nicht erwünscht; vielmehr wird angestrebt, den Lichtstrahl an einer
bestimmten Stelle am Umfang austreten zu lassen. Dies kann in einfacher Weise dadurch
erreicht werden, daß der Ring eine Unsymmetrie seines Umfangs aufweist, die hinsichtlich
der beiden Umlaufrichtungen der Lichtwellen der Signalfrequenz in Umfangsrichtung
des Rings unterschiedlich ist.
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Die Unsymmetrie kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht sein,
daß die. Außenmatelfläche des Rings mit einem Überzug versehen ist, der die Abstrahlung
am Umfang bis auf wenigstens eine ausgezeichnete Stelle weitgehend unterdrückt.
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Soll unter anderem der Überzug selbst möglichst wenig zu den Verlusten
der Anordnung beitragen, dann ist es zweckmäßig, den Überzug durch dünne dielektrische
Schichten zu realisieren, deren Dicke und deren Brechungsindex gegen ihre Umgebung
so gewählt sind, daß durch Interferenz der an den verschiedenen Grenzflächen
der
Schichten reflektierten Lichtwellenanteile der Signalfrequenz die Abstrahlung herabgesetzt
wird.
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Vorteilhaft ist es für einen erfindungsgemäßen optischen Molekularverstärker,
bei dem eine Stelle am Ringumfang durch optische Anpassung zur bevorzugten Abstrahlung
vorgesehen ist, wenn diese mit Mitteln in Verbindung steht, die geeignet sind, die
Größe der Abstrahlung auf elektrischem, magnetischem oder mechanischem Wege zu steuern.
Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Mittel an der Stelle bevorzugter Abstrahlung
durch einen hinsichtlich des Ringmantels verminderten Brechungsindex auszuzeichnen.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit besteht darin,
die Stelle bevorzugter Abstrahlung durch Annäherung einer lichtdurchlässigen Substanz
bis auf einen Abstand in der Größenordnung einer Lichtwellenlänge der Signalfrequenz
auszuzeichnen.
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Zwar ist bereits ein optischer Molekularverstärker mit einer derartigen
Auskoppelvorrichtung, bei der auch der Abstand variiert werden kann, bekannt, jedoch
hat das dort verwendete aktive Material die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts.
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Wie die Praxis zeigt, stellt ein Ring mit rechteckigem Querschnitt
und achsparallelen Mantelflächen für die Zwecke der Erfindung eine besonders brauchbare
Form dar. Damit die angeregten, im Ring umlaufenden Lichtwellen der Signalfrequenz
nur senkrecht zur Ringachse umlaufen, wird den Stirnflächen des Rings sinnvollerweise
eine solche Beschaffenheit gegeben, daß die auf sie auftreffenden Lichtwellen stark
gedämpft werden.
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Als aktives Material erweist sich Rubin als besonders geeignet.
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An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt
sind, soll die Erfindung noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet:
F i g. 1 ein bereits beschriebenes Diagramm der Besetzungszahlen der Energieniveaus
bei einem aktiven Material, F i g. 2 einen optischen Molekularverstärker nach der
Erfindung mit ringförmiger Konfiguration, F i g. 3 eine schematische Darstellung
der im Ring umlaufenden angeregten Lichtwellen von Signalfrequenz nach der Erfindung,
F i g. 4 einen weiteren Ring nach der Erfindung, F i g. 5 einen weiteren Ring nach
der Erfindung, F i g. 6 eine weitere schematische Darstellung der in einem Ring
umlaufenden Lichtwellen nach der Erfindung, F i g. 7 a und 7 b einen Ring mit einer
Unsymmetrie an seinem äußeren Umfang nach der Erfindung, F i g. 8 einen weiteren,
an seinem äußeren Umfang unsymmetrisch ausgebildeten Ring nach der Erfindung, F
i g. 9 einen Ring mit einer Stelle bevorzugter Abstrahlung an seinem äußeren Umfang
nach der Erfindung, F i g. 10 einen weiteren Ring mit einer Stelle bevorzugter Abstrahlung
an seinem äußeren Umfang nach der Erfindung.
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Der in F i g. 2 perspektivisch dargestellte erfindungsgemäße Ring
1 hat rechteckigen Querschnitt und besteht aus einem lichtdurchlässigen Material
mit wenigstens drei Energieniveaus, beispielsweise Rubin. Der Ring 1, der an seinem
Umfang optisch glatt poliert ist und dem von einer in der F i g. 2 nicht näher dargestellten
Lichtquelle Energie zugeführt wird, hat einen Innenradius ri und einen Außenradius
r", die zum Grenzwinkel a9 der Totalreflexion bzw. reziproken Wert des Brechungsindex
n des aktiven Materials gegen seine Umgebung die mathematische Beziehung
haben. Diese Beziehung sagt aus, daß in Umfangsrichtung des Rings 1 nur Moden unter
Totalreflexion existenzfähig sind. In der F i g. 2 kommt das dadurch zum Ausdruck,
daß der die innere Begrenzungsfläche tangierende Strahl S mit dem Außenradius
r" den Grenzwinkel a9 der Totalreflexion bildet. Wie im vorstehenden bereits erwähnt
wurde, kann die Modenselektion durch Vergrößern des Innenradius ri noch beliebig
verbessert werden.
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Die innerhalb des erfindungsgemäßen Rings angeregten Schwingungen
laufen nach Art einer Wanderwelle im Ring um, und zwar sind beide Umlaufrichtungen
gleichwertig. Eine Vorstellung hiervon gibt das Schaubild der F i g. 3. Dieses Umlaufen
wird dadurch ermöglicht, daß der Winkel, unter dem die sich geradlinig fortpflanzenden
Wellenfronten an der äußeren Grenzfläche des Rings auftreffen, stets größer ist
als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Sie werden stets in das Ringinnere zurückreflektiert
und beschreiben auf diese Weise im Ring einen Umlauf. In der F i g. 3 sind nur zwei
der in einer Vielzahl auftretenden umlaufenden Wellen schematisch angedeutet. Hiervon
läuft die mit S1 bezeichnete Lichtwelle im Uhrzeigersinn und die mit S2 bezeichnete
Lichtwelle im Gegenuhrzeigersinn im Ring um.
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Soll unter anderem die Modenselektion besonders streng sein, dann
muß der Ring immer dünner und immer schmaler bemessen werden. Dementsprechend werden
dann auch die Bruch- und Stoßempfindlichkeit groß und die erforderliche Halterung
entsprechend kompliziert. Diesen Schwierigkeiten kann gemäß einer Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes dadurch begegnet werden, daß der Ring aus einem lichtdurchlässigen
Grundmaterial aufgebaut wird, das lediglich zonenweise über einem Querschnitt mit
aktiven Ionen dotiert ist. Ein in dieser Weise ausgebildeter Ring ist in der F i
g. 4 perspektivisch dargestellt. Er hat die Form eines Rohres, dessen Mittelteil
1 b den eigentlichen Ring aus aktivem Material bildet, während die sich auf beiden
Seiten daran anschließenden Rohrteile 1 a und 1, aus inaktivem, lichtdurchlässigem
Material bestehen.
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Besonders günstig läßt sich die Beleuchtung des Rings mit Pumplicht
durchführen, wenn nur ein kleiner Bereich des Umfangs mit aktiven Ionen dotiert
ist. In F i g. 5 ist ein solcher Ring dargestellt. Das Gebiet 1b' ist mit aktiven
Ionen angereichert, das Gebiet l a' besteht aus undotiertem Material. Zur Erzeugung
der gewünschten Schwingungen genügt es, das angereicherte Gebiet 1b' mit Pumplicht
zu beleuchten. Vorteilhafterweise kann in dieser Ausführung die Auskopplung der
Signalenergie an einer Stelle des Umfangs erfolgen, die nicht durch Pumpenergie
belastet wird.
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Der in der F i g. 6 perspektivisch dargestellte Ring 1
mit rechteckigem
Querschnitt und achsparallelen Seitenwänden zeigt eine besonders zweckmäßige Form
für einen optischen Molekularverstärker nach der Erfindung. Seine Mantelflächen
sind wiederum optisch glatt poliert. Seine Stirnflächen sind dagegen durch Aufrauhen
oder einen Belag interferierender Schichten oder aber einen Metallfilm von solcher
Beschaffenheit,
daß auf sie auftreffende Lichtwellen von Signalfrequenz
stark gedämpft bzw. im Ring erst gar nicht angeregt werden. Dadurch ist in einfacher
Weise erreicht, daß im Ringinnern nur Lichtwellen von Signalenergie solcher Art
angeregt werden, die senkrecht zur Ringachse im Ring umlaufen und in der F i g.
6 mit dem Strahl S3 angedeutet sind. Lichtwellen, die nach Art des umlaufenden
Strahls S4 unter abwechselnder Reflexion an der oberen und an der unteren Stirnseite
im Ring 1 grundsätzlich ebenfalls existenzfähig sind, werden durch die besondere
Beschaffenheit seiner Stirnflächen unterdrückt. Die Modenselektion eines optischen
Molekularverstärkers nach der F i g. 6 ist daher ebenfalls besonders streng.
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Wie an Hand der F i g. 3 bereits ausgeführt wurde, laufen die im Ring
angeregten Lichtwellen der Signalfrequenz in beiden Richtungen. um. Eine definierte
Umlaufrichtung der Energie im Ring kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung
durch solche Unsymmetrie des Rings erzielt werden, die für die umlaufenden Lichtwellen
in Abhängigkeit der Umlaufsrichtung verschieden wirksam ist. Ein besonders geeignetes
Ausführungsbeispiel dieser Art zeigen die F i g. 7 a und 7b. Die Unsymmetrie
des Rings 1 besteht hierbei in seinem sich nach Art einer Spirale erweiternden äußeren
Umfang, der an einer Stelle wiederum sprunghaft auf den ursprünglichen Durchmesser
zurückgeführt wird. Der dadurch gebildete nasenförmige Ansatz 2 wirkt auf die gegensinnig
umlaufenden Lichtwellen verschieden ein. Die im Uhrzeigersinn umlaufenden, in der
F i g. 7a mit S1 bezeichneten Lichtwellen treten durch den nasenförmigen Ansatz
2 aus dem Ring aus, weil sie hier unter einem Winkel auf die äußere Grenzfläche
auftreffen, der kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Die mit S2 bezeichneten,
im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Lichtwellen (F i g. 7 b) nehmen dagegen die Unsymmetrie
so gut wie gar nicht wahr, da sie am nasenförmigen Ansatz 2 nicht austreten können,
Demgemäß werden die im Uhrzeigersinn umlaufenden Lichtwellen praktisch weggedämpft,
und es verbleibt somit nur noch die im Gegenuhrzeigersinn im Ring 1 umlaufende Energie.
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Diese Energie kann ebenfalls durch einen nasenförmigen Ansatz zur
weiteren Verwendung ausgekoppelt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
zeigt die F i g. B. Dabei entspricht der große nasenförmige Ansatz 2 wiederum dem
in den F i g. 7a und 7b, während der kleine Ansatz 2' der Auskopplung der im Ring
im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Energie dient. Der nasenförmige Ansatz 2' ist
mit Rücksicht auf eine hohe Güte des den Ring darstellenden Resonanzsystems als
schwache Kopplung entsprechend klein bemessen.
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Anstatt des nasenförmigen Ansatzes 2' nach der F i g. 8 kann die Stelle
bevorzugter Abstrahlung am Umfang des Rings auch durch Annähern einer lichtdurchlässigen
Substanz an die Ringoberfläche bis auf einen Abstand in der Größenordnung einer
Lichtwellenlänge der Signalfrequenz verwirklicht werden. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel
zeigt die F i g. 9 in schematischer Darstellung. Dem Ring 1 wird auf der rechten
Seite eine aus einem lichtdurchlässigen Material bestehende Sonde 3 bis auf einen
Abstand a genähert, der eine Größenordnung aufweist, die einer Lichtwellenlänge
der Signalfrequenz entspricht. Der geringe Abstand a der Sonde 3 begünstigt im Bereich
der Annäherung die Abgabe der im Ring 1 umlaufenden Energie an die Sonde 3. Eine
andere vorteilhafte Möglichkeit, an der Ringoberfläche eine Stelle bevorzugter Abstrahlung
zu schaffen, ist im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 10 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Ring 1 bis auf die Stelle bevorzugter Abstrahlung S mit einem Überzug 4
versehen, der die Abstrahlung der angeregten Lichtwellen am Umfang des Rings weitgehend
unterdrückt. Der Überzug kann beispielsweise aus diffus reflektierenden Schichten
oder aus einer Metallschicht bestehen. Besonders geeignet ist ein Überzug aus dünnen
dielektrischen Schichten, deren Dicke und deren Brechungsindex gegen ihre Umgebung
so gewählt sind, daß durch Interferenz der an den verschiedenen Grenzflächen reflektierten
Lichtwelleuanteile der Signalfrequenz die Abstrahlung herabgesetzt wird.
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Die auf diese Weise geschaffene Stelle bevorzugter Abstrahlung 5,
die vorzugsweise streifenförmig ausgebildet ist, liefert entsprechend den in beiden
Umlaufsrichtungen im Ring umlaufenden Lichtwellen zwei Richtstrahlen St. und S2,
die von einer nahezu punktförmigen Lichtquelle kommen und daher gut fokussierbar
sind. Eine Stelle bevorzugter Abstrahlung kann ferner mittels optischer Anpassung
erzielt werden. Zweckmäßigerweise wird die betreffende Stelle durch einen hinsichtlich
des Ringmaterials verminderten Brechungsindex ausgezeichnet. Das kann beispielsweise
durch eine an der betreffenden Stelle auf die Oberfläche des Rings aufgebrachte
dünne dielektrische Schicht mit entsprechenden Eigenschaften geschehen.
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Bekanntlich ist der Brechungsindex einer Substanz gegen das sie umgebende
Medium, wenn auch nur in geringem Umfang, unter der Einwirkung eines elektrischen
oder magnetischen Feldes beeinflußbar. Diese Eigenschaft kann beim Erfindungsgegenstand
in außerordentlich vorteilhafter Weise zu Modulationszwecken ausgenutzt werden.
Hierzu ist es lediglich notwendig, die Stelle bevorzugter Abstrahlung, die in diesem
Fall vorzugsweise durch optische Abstrahlung verwirklicht ist, einem in seiner Intensität
mittels einer Steuergröße veränderbaren elektrischen oder magnetischen Feld auszusetzen.
Unter dem Einfluß des veränderbaren Feldes ändert dann die Stelle bevorzugter Abstrahlung
den Grad ihrer optischen Anpassung und damit die Größe der an dieser Stelle abgestrahlten
Energie.
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Auch bei der Stelle bevorzugter Abstrahlung nach dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 9 ist die Möglichkeit einer Energiesteuerung im Sinne einer Modulation
gegeben. Dazu braucht lediglich der Abstand a in der gewünschten Weise vergrößert
oder verkleinert zu werden. Unten Ausnutzung des piezoelektrischen oder des magnetostriktiven
Effekts kann die Absfandsänderung in einfacher und vorteilhafter Weise über eine
elektrische Steuergröße durchgeführt werden.
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Der erfindungsgemäße optische Molekularverstärker eignet sich besonders
gut für Modulationszwecke, weil die ringförmige Konfiguration mit Wanderwellencharakteristik
in hohem Maße die Fähigkeit der Energiespeicherung besitzt.