DE1277468B - Schaltung fuer einen optischen Sender - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #W PATENTAMT Int. α.:

HOIs

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-53/02

Nummer: 1277468

Aktenzeichen: P 12 77 468.4-33 (C 32911)

Anmeldetag: 15. Mai 1964

Auslegetag: 12. September 1968

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen optischen Sender, dessen stimulierbares Medium hintereinander mit einem elektrisch steuerbaren, doppelbrechenden Kristall mit planparallelen Ein- und Austrittsflächen senkrecht zur optischen Achse des Resonators innerhalb eines optischen Resonators angeordnet ist, dessen Gütefaktor Q durch Veränderung der Größe des parallel zur optischen Achse des Resonators wirkenden elektrischen Steuerfeldes verschieden einstellbar ist, wobei der elektrisch steuerbare doppelbrechende Kristall mit seiner kristallographischen Hauptachse (c) parallel zur optischen Achse des Resonators angeordnet ist.

Es ist bereits ein optischer Sender dieser Art bekannt, bei dem die Resonanzbedingungen durch eine mehr oder weniger starke Drehung der Polarisationsebene beeinflußt werden. Die Herabsetzung der an sich sehr hohen Modulationsspannungen erfolgt bei dem bekannten Aufbau durch einen mehrfachen Durchgang des optischen Senderstrahles durch den elektrooptischen Kristall, wobei sich die einzelnen Phasenverschiebungen zu einer größeren Phasenverschiebung und damit zu einer merklichen Drehung der Polarisationsebene addieren.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltung für einen optischen Sender der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche auf sehr einfache und genaue Weise eine Steuerung des optischen Senderstrahles gestattet.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß das angelegte elektrische Feld derart inhomogen ist, daß es von einer Seite des Kristalls zur anderen stetig abnimmt. Diese Ausbildung führt dazu, daß bei Anlegen des inhomogenen Steuerfeldes der zunächst in der optischen Achse verlaufende Senderstrahl abgelenkt wird, so daß die Resonanzbedingungen nicht mehr gegeben sind. Bei Abschaltung des inhomogenen elektrischen Feldes sind die Resonanzbedingungen wieder hergestellt, und der optische Senderstrahl wird augenblicklich ausgelöst.

Die Schaltung gemäß der Erfindung gestattet durch eine einfache Weiterbildung eine beträchtliche Herabsetzung der zur Erzeugung des Steuerfeldes erforderlichen Spannung. Diese Weiterbildung besteht darin, daß mehrere optisch verbundene Kristalle hintereinandergeschaltet sind, zwischen denen abwechselnd an positive und negative Potentiale angelegte dünne Elektrodenplättchen vorgesehen sind, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Kristalle um 90° gegeneinander verdreht sind. Durch diese Anordnung wird die von einem einzigen Kristall hervorgerufene Ablenkung vervielfacht, ohne daß die Steuerspannung erhöht werden muß.

Schaltung für einen optischen Sender

Anmelder:

Compagnie G6n6rale d'Electricite, Paris

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bor6, Dipl.-Ing. H. Greife,
und Dr. rer. nat. G. Manitz, Patentanwälte,
8000 München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Roger Dumanchin,

Montgeron, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 17. Mai 1963 (935 252)

as Zur Erzeugung des inhomogenen elektrischen Feldes sind die Elektrodenplättchen zweckmäßigerweise als schmale Streifen ausgebildet, welche seitlich der Mittelachse der Kristalle auf diese aufgebracht sind. Die Kristalle können in an sich bekannter Weise aus der Gruppe Kaliummonophosphat, Ammoniummonophosphat oder einem Deuterium enthaltenden Phosphat ausgewählt sein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt Fi g. 1 die perspektivische Ansicht eines Kristalls, in dem eingezeichnet ist, wie der für die Zwecke der Erfindung erforderliche Kristall ausgeschnitten werden muß,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des für die Schaltung gemäß der Erfindung erforderlichen Kristalls, wobei das inhomogene elektrische Feld und die Strahlablenkung angedeutet sind,

Fig. 3 die Ansicht einer mit Elektroden versehenen Kristallplatte,

F i g. 4 die Verteilung des elektrischen Feldes in der Platte,

Fig. 5 eine optische Zelle gemäß der Erfindung und

Fig. 6 das Schema eines Laseroszillators mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Es gibt einachsige Kristalle mit der Eigenschaft, zweiachsig zu werden, wenn sie einem parallel zur

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optischen Achse verlaufenden elektrischen Feld aus- Abstand von den Elektroden an ist das Feld praktisch

gesetzt werden. Die entsprechenden neuen Achsen Null.

mit den Indizes n_a-\-An und n_n — An stehen im ^. , , .. _T , .. , An ,.

λλτ- ii λ^o j et j. ■ \ j rr ■ *. ii Die maximale relative Indexanderung, , die

Winkel von 45 zu den Symmetrieachsen des Kristalls. ° n₀

Die Änderung des Index' An hängt von der Stärke 5 man bisher erzielt hat, beträgt 10~³. Dieses wird mit

des angelegten elektrischen Feldes und seiner Rieh- keinen Deuterium enthaltenen Kaliummonophosphat

tung ab. erreicht, das einem Feld von 20 kV/mm ausgesetzt

So ist es z. B. bei den Kristallen des Ammonium- wird, welches deutlich unterhalb der Durchschlags-

monophosphates NH₄H₂PO₄ (ADP) und Kalium- festigkeit dieses Kristalls liegt,
monophosphats KH₂PO₄ (KDP). Beim letzteren er- io Der gewöhnliche Index beträgt n₀ = 1,4684. Wäh-

gibt die Substitution durch Deuterium für die Wasser- rend der kleinste erreichbare Winkel A Θ 1:170 in

stoffatome das Deuterium enthaltende Kaliummono- Bogenmaß beträgt, ist die geringste Dicke für einen

phosphat, dessen Wirksamkeit viel stärker ist. Diese Strahl von einer Breite von a = 2 mm

Kristalle eignen sich am besten für die Anwendung . _ß

bei der Vorrichtung, die weiter unten beschrieben 15 £ = _a.

wird. Δ η

Bei 10 in F i g. 1 ist ein solcher Kristall gestrichelt

dargestellt. Eine Platte 11 ist senkrecht zur optischen das bedeutet etwa 8 mm, was zu einer Spannung von

Achse des Kristalls C herausgeschnitten. Ist kein 160 kV führt.

elektrisches Feld vorhanden, verhält sich die Platte 20 Da diese Spannung vermieden werden soll, schlägt

gegenüber einem Strahl parallel zur Achse C wie eine die Erfindung vor, mehrere Platten hintereinander

Platte mit parallelen Flächen. Bezüglich der Platte 11 anzuordnen. So kann man wie im oben angeführten

sind OX, OY und OZ drei aufeinander senkrecht Beispiel acht Platten von 1 mm Dicke hintereinander

stehende Achsen, wobei OZ parallel zur Achse C anordnen. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 5 verläuft. 35 dargestellt. Die acht Platten 11 stoßen aneinander an.

Im Fall der Fig. 2 ist die Platte 11 einem nicht Die aufeinanderfolgenden Elektroden sind mit wechselhomogenen elektrischen Feld parallel zur Achse C weise positivem und negativem Potential angeordnet, ausgesetzt. Dieses elektrische Feld ist in Parallel- Somit ist die Feldrichtung beim Durchgang von einem richtung zu O Y konstant. Es nimmt dagegen in Kristall zum nächsten immer entgegengesetzt. Damit Parallelrichtung zu O X von einem Wertem für χ = 0 30 die Ablenkungen im selben Sinne erfolgen und sich bis zum Wert Null für χ — α ab, wobei α die Breite ergänzen, wird von zwei Platten eine um 90° gedreht, der Platte 11 bedeutet. Der Index ändert sich in Hierdurch werden die Richtungen OX und OY Parallelrichtung zu OX, indem er z. B. von n₀ + An (Fig. 2) vertauscht, wodurch sich auf Grund der für x = 0 bis n₀ geht, dem normalen Index des gleichzeitigen Änderung des elektrischen Feldes die Kristalls für χ = α, wobei die Änderung Δ η von 35 Brechungsindizes in ein und derselben Richtung dem Kristall und der Stärke des elektrischen Feldes bezüglich der Gesamtanordnung in aufeinanderabhängt. Daraus folgt ein Gangunterschied δ zwischen folgenden Kristallplättchen im gleichen Sinne ändern, zwei Punkten der Abszisse χ = 0 und χ = α, was Die Platten sind mit Balsam oder optischem Klebstoff δ — bAn entspricht, wobei b die Dicke der Platte aneinandergeklebt, dessen Index dem gewöhnlichen bedeutet. Diesem Gangunterschied δ entspricht die 40 Index n₀ des Kristalls möglichst nahekommt. Die Phasenverschiebung Gesamtheit der Platten 11 bildet die optische Zelle A.

jtA Fig. 6 stellt einen schematischen Schnitt des

Αφ = optischen Senders dar, der durch das System gemäß

λ der Erfindung gesteuert wird. Der Kristall R, dessen

45 Strahlung stimuliert werden soll, ist in einem optischen

Der Strahl wird um den Winkel A θ abgelenkt, Resonator angeordnet, z. B. zwischen den Spiegeln

dessen Wert Δ Θ - ^bAn beträft ^eines Perot-Fabry-Resonators, der von zwei ebenen

üessen wert au - _& Detragt. Spiegeln Af₁ und M₂ begrenzt wird. Der Spiegel M₈

Wenn der Strahl längs einer Diagonale der Platte ist völlig reflektierend. Der Spiegel M₁ hat ein sehr

polarisiert ist, erfolgt die Ablenkung nur in einer so geringes Durchlässigkeitsvermögen von einigen Prozent

Richtung. und ermöglicht die Abnahme der kohärenten Strah-

Wenn im Gegensatz dazu der Strahl nicht oder in lung des optischen Senders in der Symmetrieachse des

beliebiger Richtung polarisiert ist, teilt sich der Strahl Kristalls R.

symmetrisch in zwei Teile auf. Zwischen den Spiegel M₂ und den Kristall R ist die

Auf jeden Fall wird die ganze Lichtenergie hin- 55 optische Zelle A mit veränderlichem Brechungsindex

reichend abgelenkt, um die Schwingung zu ver- geschaltet. Die Stirnflächen dieser Zelle sind den

meiden. Stirnflächen des Kristalls R und den Spiegelflächen M₁

F i g. 3 stellt eine praktische Ausführung einer und M₂ völlig parallel.

Platte mit veränderlichem Index dar. Sie hat auf Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung für den beiden Flächen die Elektroden 12 und 13, zwischen 60 optischen Sender ist folgende:
denen ein Potentialdifferenz herrscht. Die Elektroden Während das stimulierbare Medium im optischen 12 und 13 können durch Metallablagerung im Vakuum Resonator durch herkömmliche Mittel mit Lichthergestellt werden. energie angeregt wird, verhält sich die optische Zelle A

Fig. 4 stellt die Draufsicht der Platte der Fig. 3 mit veränderlichem Brechungsindex, solange kein

und die Verteilung des elektrischen Feldes dar. 65 elektrisches Feld angelegt wird, wie eine einfache

Die gestrichelten Linien bedeuten die Kraftlinien des Platte mit parallelen Flächen ohne Phasenverschiebung,

elektrischen Feldes. Die Pfeile geben die unterschied- Sie bewirkt keine Abweichung der Fortpflanzungs-

liche Stärke des Feldes an. Von einem bestimmten richtung des Lichtstrahles zwischen den beiden

Spiegeln. Wenn die in dem optischen Resonator aufgespeicherte Energiemenge ausreicht, um eine Überbesetzung zu erzeugen, erfolgt die stimulierte Strahlung in Richtung senkrecht gegenüber den Spiegeln.

Wenn die Spannung V an die Elektroden der Zelle mit veränderlichem Brechungsindex angelegt wird, bewirkt der Gradient des elektrischen Feldes einen Gradienten für den Brechungsindex des Kristalls der Steuerzelle, der Strahl wird um den Winkel Δ Θ abgelenkt, die Bedingungen für das Einfallen der Lichtstrahlen auf die Spiegel sind nicht mehr erfüllt, und die Schwingung im optischen Resonator setzt aus.

Die Steuerung der Emission erfolgt durch Anlegung der Spannung V während der Anregung, der plötzliche Abfall der Spannung V auf den Wert Null im Augenblick der maximalen Energiespeicherung löst die Entladung aus.

Die durch das Steuersystem für den Schwingungseinsatz gemäß der Erfindung erreichten Vorteile sind folgende:

Im Gegensatz zu bekannten optischen Sendern braucht das bei der erfmdungsgemäßen Schaltung verwendete elektrische Feld keine besonderen Anforderungen an Gleichmäßigkeit und Konstanz zu erfüllen. Im Gegenteil hat jede Ungleichmäßigkeit des inhomogenen elektrischen Feldes eine Verzerrung der Wellenfronten zur Folge, was eine zusätzliche Verschlechterung des ß-Faktors bedeutet. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Schaltung wird also gerade durch ein mit einfachen Mitteln erzeugtes elektrisches Feld besonders begünstigt.

Durch die Hintereinanderanordnung mehrerer Platten gemäß F i g. 5 wird überdies die Notwendigkeit der Verwendung hoher Spannungen zur Erzielung einer ausreichenden Ablenkung vermieden.

Die Anwendung der Vorrichtung für die Steuerung optischer Sender mit einem stimulierbaren Medium aus einem Kristall ist in dieser Abhandlung nur beispielhaft beschrieben. Das System kann ebenso optischen Sendern mit anderen stimulierbaren Medien, beispielsweise Gasmedien, angepaßt werden.

Ebenso sind die KDP- und ADP-Kristalle mit veränderlichen Brechungsindizes nur beispielhaft erwähnt. Auch andere einachsige Kristalle mit hinreichend veränderlichem Brechungsindex in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld können in der Anordnung gemäß der Erfindung geeignet sein.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung für einen optischen Sender, dessen stimulierbares Medium hintereinander mit einem elektrisch steuerbaren, doppelbrechenden Kristall mit planparallelen Ein- und Austrittsflächen senkrecht zur optischen Achse des Resonators innerhalb eines optischen Resonators angeordnet ist, dessen Gütefaktor Q durch Veränderung der Größe des parallel zur optischen Achse des Resonators wirkenden elektrischen Steuerfeldes verschieden einstellbar ist, wobei der elektrisch steuerbare doppelbrechende Kristall mit seiner kristallographischen Hauptachse (C) parallel zur optischen Achse des Resonators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Feld derart inhomogen ist, daß es von einer Seite des Kristalls zur anderen stetig abnimmt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optisch verbundene Kristalle (11) hintereinandergeschaltet sind, zwischen denen abwechselnd an positive und negative Potentiale angelegte dünne Elektrodenplättchen vorgesehen sind, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Kristalle um 90° gegeneinander verdreht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des inhomogenen elektrischen Feldes die Elektrodenplättchen (12) als schmale Streifen ausgebildet sind, welche seitlich der Mittelachse der Kristalle (11) auf diese aufgebracht sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle in an sich bekannter Weise aus der Gruppe Kaliummonophosphat, Ammoniummonophosphat oder einem Deuterium enthaltenden Phosphat ausgewählt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift für Physik, Bd. 172, Nr. 2, S. 163 bis 171.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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