DE1270704B - Optical transmitter for phase coherent radiation - Google Patents

Optical transmitter for phase coherent radiation

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DE1270704B
DE1270704B DE19641270704 DE1270704A DE1270704B DE 1270704 B DE1270704 B DE 1270704B DE 19641270704 DE19641270704 DE 19641270704 DE 1270704 A DE1270704 A DE 1270704A DE 1270704 B DE1270704 B DE 1270704B
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Germany
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stimulable
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modulated
magnetic field
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Pending
Application number
DE19641270704
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German (de)
Inventor
Hendrik Gerard Van Bueren
Jan Haisma
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^VGS^ PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN ^ VGS ^ PATENT OFFICE Int. CL:Int. CL:

HOIsHOIs

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21 g - 53/14 German class: 21 g - 53/14

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1270 704
P 12 70 704.9-33
15. Februar 1964
20.Juni 19681270 704
P 12 70 704.9-33
February 15, 1964
June 20, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender für phasenkohärente Strahlung mit zwei hintereinander auf gemeinsamer optischer Achse angeordneten stimulierbaren Medien, deren erstes mittels eines axialen Magnetfeldes nach dem Zeeman-Effekt frequenzmoduliert ist.The invention relates to an optical transmitter for phase coherent radiation with two one behind the other on a common optical axis arranged stimulable media, the first by means of an axial magnetic field is frequency modulated according to the Zeeman effect.

Bei einer bekannten Vorrichtung der angegebenen Art wird das frequenzmodulierte Signal, das vom ersten Medium ausgeht, verwendet als Pumpsignal für das zweite Medium, derart, daß eine Amplitudenmodulation der vom zweiten Medium ausgesandten Strahlung auftritt.In a known device of the type specified, the frequency-modulated signal from the first medium goes out, used as a pump signal for the second medium, such that an amplitude modulation the radiation emitted by the second medium occurs.

Im allgemeinen ist eine amplitudenmodulierte Strahlung weniger geeignet zur störungsfreien Übertragung von Signalen.In general, amplitude-modulated radiation is less suitable for interference-free transmission of signals.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Vorrichtung zu schaffen, welche bessere Möglichkeiten ergibt.The invention now aims to create a device which gives better possibilities.

In einem optischen Sender für phasenkohärente Strahlung mit zwei hintereinander auf gemeinsamer optischer Achse angeordneten stimulierbaren Medien, deren erstes mittels eines axialen Magnetfeldes nach dem Zeeman-Effekt frequenzmoduliert ist, wird gemäß der Erfindung die Strahlung des ersten gasförmigen stimulierbaren Mediums beim Durchdringen des zweiten gasförmigen stimulierbaren Mediums phasenmoduliert, indem die zunächst durch den Zeeman-Effekt frequenzmodulierte Strahlung in dem zweiten Medium infolge der anomalen Dispersion und der großen Abhängigkeit des Brechungsexponenten im Bereich der Resonanzfrequenz in phasenmodulierte Strahlung umgewandelt wird.In an optical transmitter for phase coherent radiation with two one behind the other on common optical axis arranged stimulable media, the first by means of an axial magnetic field according to the Zeeman effect is frequency modulated, according to the invention, the radiation of the first gaseous stimulable medium upon penetration of the second gaseous stimulable medium phase-modulated by the radiation initially frequency-modulated by the Zeeman effect in the second medium due to the anomalous dispersion and the large dependence of the refraction exponent is converted into phase-modulated radiation in the range of the resonance frequency.

Die Erfindung beruht auf der Verwendung der anomalen Dispersion des zweiten aktiven Mediums. Dabei ist die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Lichtfrequenz derart groß, daß trotz der geringen Frequenzverschiebung der vom ersten Medium ausgesandten Strahlung gegenüber der Arbeitsfrequenz des zweiten Mediums eine Phasenmodulation auftritt, die infolge der verhältnismäßig großen Laufzeit durch das zweite Medium, ausgedrückt in der Wellenzahl, bedeutend ist. Der gesamte Frequenzhub der hierbei im Rhythmus der Modulationsfrequenz auftritt, kann nur gering sein und liegt in der Größenordnung von 10 kHz, weil der Bereich, über dem die anomale Dispersion auftritt, nur klein ist.The invention is based on the use of the anomalous dispersion of the second active medium. The dependence of the refractive index on the light frequency is so great that despite the low Frequency shift of the radiation emitted by the first medium compared to the working frequency phase modulation occurs in the second medium, which occurs as a result of the relatively long transit time by the second medium, in terms of wavenumber, is significant. The entire frequency deviation of the occurs in the rhythm of the modulation frequency, can only be small and is of the order of magnitude of 10 kHz because the area over which the anomalous dispersion occurs is only small.

Nicht nur zur Verhütung von Frequenzverdopplung, sondern auch um die Frequenzen der beiden Medien bei Abwesenheit von Modulation auf richtige Weise gegenseitig einstellen zu können, ist wenigstens für das modulierte Medium ein statisches Magnetfeld erforderlich. Vorzugsweise umfaßt das modulierende Magnetfeld die ganze Länge des Mediums.Not only to prevent frequency doubling, but also to reduce the frequencies of the two media Being able to adjust each other in the right way in the absence of modulation is at least for that modulated medium requires a static magnetic field. Preferably that comprises modulating Magnetic field along the entire length of the medium.

Optischer Sender für phasenkohärente StrahlungOptical transmitter for phase-coherent radiation

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,Dr. H. Scholz, patent attorney,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 72000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Hendrik Gerard van Bueren,Hendrik Gerard van Bueren,

Jan Haisma, Eindhoven (Niederlande)Jan Haisma, Eindhoven (Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 20. Februar 1963 (289 253)Netherlands of February 20, 1963 (289 253)

Für die Anwendung dieses Modulationsverfahrens ist es wichtig, daß die Modulationsfunktion unter Einfluß des Magnetfeldes monoton ist, d. h. kein Versetzen der Modi im Laser auftritt. Es wird daher vorzugsweise ein Laser mit einer Länge von nicht mehr als etwa 10 cm verwendet, so daß bei der Dopplerbreite der Laserlinie nur ein axialer Modus auftreten kann. Der Abstand Av der Frequenzen, in denen ein optischer Resonator mit der Länge L schwingen kann,For the application of this modulation method it is important that the modulation function is monotonic under the influence of the magnetic field, ie that there is no shifting of the modes in the laser. A laser with a length of no more than about 10 cm is therefore preferably used, so that only one axial mode can occur with the Doppler width of the laser line. The distance Av of the frequencies in which an optical resonator of length L can oscillate,

entspricht der Beziehung Αν — -γγ-(c — Lichtgeschwindigkeit). Für eine Länge von 10 cm ist Δ ν 1500MHz, was bedeutet, daß bei der Dopplerbreite einer Spektrallinie von etwa 1000 MHz ein axialer Modus auftreten kann.corresponds to the relation Αν - -γγ- (c - speed of light). For a length of 10 cm, Δ ν is 1500 MHz, which means that an axial mode can occur at the Doppler width of a spectral line of around 1000 MHz.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Phasenmodulation gemäß der Erfindung wirkt das modulierende Magnetfeld auf die zwei Medien im entgegengesetzten Sinn, wodurch eine verstärkte Modulation auftritt. Modulationsfrequenzen von 10 GHz sind erreichbar.In a further embodiment of the phase modulation according to the invention, the modulating acts Magnetic field on the two media in the opposite sense, creating an increased modulation occurs. Modulation frequencies of 10 GHz can be achieved.

F i g. 1 zeigt schematisch, wie der Brechungsindex η als Funktion der Lichtfrequenz ν für ein gasförmiges stimuliertes Medium verläuft, bei dem die angeregte Frequenz in der Mitte des mit vl bezeichneten Bereichs liegt. Es wird einleuchten, daß Licht mit einer Frequenz links in diesem Gebiet eine beträchtlich andere Laufzeit durch ein solches stimulierbares Medium haben wird als Licht mit einerF i g. 1 shows schematically how the refractive index η runs as a function of the light frequency ν for a gaseous stimulated medium in which the excited frequency lies in the middle of the range designated by vl. It will be evident that light with a frequency on the left in this area will have a considerably different transit time through such a stimulable medium than light with a

809 560/403809 560/403

Claims (4)

Frequenz, die rechts in diesem Gebiet liegt. Die Breite dieses Gebietes ist etwa 10 kHz. In F i g. 2 enthält ein Quarzblock 21 das erste gasförmige stimulierbare Medium. Es ist abgeschlossen mit Renektorplatten 22 und 23. Das zweite stimulierbare Medium befindet sich im Quarzblock 24 mit Reflektorplatten 25 und 26. Alle Teile sind optisch aufeinander angepaßt. Gegebenenfalls können die Reflektorplatten 23 und 25 als ein Gebilde geschliffen werden. Die optisch reflektierenden Schichten und die Anschlüsse für die Eelektroden sind nicht dargestellt. Das erste Medium in Block 21 befindet sich in einer Spule 27, wodurch ein axiales statisches Magnetfeld erzeugt wird. Beim zweiten Medium 24 ist die Spule als die Wand 28 eines Hohlraumresonators für Mikrowellen mit Anschlußwellenleiter 29 ausgebildet. Der Gleichstrom durch die beiden Spulen ist steuerbar, und der Hohlraumresonator ist derart bemessen, daß die Richtung des hochfrequenten magnetischen Feldes mit der Achse des Mediums 24 zusammenfällt. Durch so den Anschlußwellenleiter 29 wird ein moduliertes Mikrowellensignal zugeführt, wodurch die Frequenz, die im Medium 24 erzeugt wird, sich durch den Bereich Vj4 (F i g. 1) des ersten Mediums im Rhythmus des Mikrowellenfeldes verschiebt. Infolgedessen ist das Bündel 30, das aus dem ersten Medium heraustritt, stark in der Phase moduliert. g Patentansprüche:Frequency that lies to the right in this area. The width of this area is about 10 kHz. In Fig. 2, a quartz block 21 contains the first gaseous stimulable medium. It is closed with reflector plates 22 and 23. The second stimulable medium is located in the quartz block 24 with reflector plates 25 and 26. All parts are optically matched to one another. If necessary, the reflector plates 23 and 25 can be ground as one structure. The optically reflective layers and the connections for the electrodes are not shown. The first medium in block 21 is in a coil 27, whereby an axial static magnetic field is generated. In the case of the second medium 24, the coil is designed as the wall 28 of a cavity resonator for microwaves with a connecting waveguide 29. The direct current through the two coils is controllable, and the cavity resonator is dimensioned such that the direction of the high-frequency magnetic field coincides with the axis of the medium 24. A modulated microwave signal is fed through the connecting waveguide 29, as a result of which the frequency which is generated in the medium 24 shifts through the region Vj4 (FIG. 1) of the first medium in the rhythm of the microwave field. As a result, the beam 30 emerging from the first medium is heavily modulated in phase. g patent claims: 1. Optischer Sender für phasenkohärente Strah- 30 S, lung mit zwei hintereinander auf gemeinsamer optischer Achse angeordneten stimulierbaren Me- S.1. Optical transmitter for phase-coherent radiation with two in a row on a common Optical axis arranged stimulable measurement S. dien, deren erstes mittels eines axialen Magnetfeldes nach dem Zeeman-Effekt frequenzmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung des ersten gasförmigen stimulierbaren Mediums beim Durchdringen des zweiten gasförmigen stimulierbaren Mediums phasenmoduliert wird, indem die zunächst durch den Zeemen-Effekt frequenzmodulierte Strahlung in dem zweiten Medium infolge der anomalen Dispersion und der großen Abhängigkeit des Brechungsexponenten im Bereich der Resonanzfrequenz in phasenmodulierte Strahlung umgewandelt wird.dien, the first of which is frequency-modulated by means of an axial magnetic field according to the Zeeman effect is, characterized in that the radiation of the first gaseous stimulable Medium phase-modulated when penetrating the second gaseous stimulable medium is by the first frequency-modulated by the Zeemen effect radiation in the second Medium due to the anomalous dispersion and the great dependence of the refraction exponent is converted into phase-modulated radiation in the range of the resonance frequency. 2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das in der Frequenz modulierte stimulierbare Medium durch ein statisches Magnetfeld vormagnetisiert wird.2. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that at least that in frequency modulated stimulable medium is premagnetized by a static magnetic field. 3. Optischer Sender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das modulierende Magnetfeld auf die beiden stimulierbaren Medien in entgegengesetztem Sinn einwirkt.3. Optical transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the modulating Magnetic field acts on the two stimulable media in opposite directions. 4. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge mindestens eines der stimulierbaren Medien kleiner ist als etwa 10 cm.4. Optical transmitter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the length at least one of the stimulable media is smaller than about 10 cm. In Betracht gezogene Druckschriften:
Physical Review, Bd. 128, Nr. 4, vom 15.11.1962, 1747/1748;Considered publications:
Physical Review, Vol. 128, No. 4, 11/15/1962, 1747/1748; Journal of Applied Physics, Bd. 33, Nr. 7, Juli 1962, bis 2321;Journal of Applied Physics, Vol. 33, No. 7, July 1962 through 2321; Radio Mentor, Bd. 28, Nr. 12, Dezember 1962, bis 1020.Radio Mentor, Vol. 28, No. 12, December 1962, to 1020. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 560/403 6.68 © Bundesdruckerei Berlin809 560/403 6.68 © Bundesdruckerei Berlin
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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