DE1278036B

DE1278036B - Optical resonator

Info

Publication number: DE1278036B
Application number: DE1965T0028465
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Stefan Maslowski
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-04-27
Filing date: 1965-04-27
Publication date: 1968-09-19

Description

Optischer Resonator Die Erfindung betrifft einen optischen Resonator mit konzentrischen Spiegeln für die Richtungsmodulation eines optischen Senders oder Verstärkers in einem gasförmigen stimulierbaren Medium.Optical Resonator The invention relates to an optical resonator with concentric mirrors for direction modulation of an optical transmitter or enhancer in a gaseous stimulable medium.

Die unter dem Namen »Laser« bekannten Lichtquellen, die ein monochromatisches und kohärentes Licht abgeben, sind insbesondere zur Erzielung großer Ausgangsleistungen in der Radartechnik und in der Fernmeldetechnik von Bedeutung. Neben der Modulation dieser Strahlung bereitet vor allem eine Richtungsänderung der Strahlen noch erhebliche Schwierigkeiten. Die externe Lichtablenkung durch mechanische Mittel, wie Drehspiegel, oder elektromechanische Schwingkörper mit aufgesetzten Spiegelflächen ist wegen der mechanischen Trägheit nur bei niedrigen Frequenzen anwendbar, während auf elektrooptischem oder magnetooptischem Wege nur geringe Ablenkungen der Strahlen erzielt werden können.The light sources known under the name of »laser«, which are a monochromatic and emit coherent light are particularly useful for achieving high output power of importance in radar technology and telecommunications technology. In addition to the modulation a change in the direction of the rays in particular causes this radiation to be considerable Trouble. The external deflection of light by mechanical means, such as rotating mirrors, or electromechanical oscillating bodies with attached mirror surfaces is due to of mechanical inertia only applicable at low frequencies while on electro-optic or magneto-optical path, only small deflections of the beams can be achieved.

Es ist bereits eine intern arbeitende Vorrichtung zur Richtungsmodulation eines Lasers bekanntgeworden (deutsche Auslegeschrift 1175 792), bei der das Reflexionsvermögen wenigstens eines der beiden Spiegel der Resonatoranordnung in einem bestimmten Bereich seiner Fläche zeitlich derart durch Vorschalten einer Kerr-Zelle veränderlich gemacht wird, daß nur die zugeordneten entsprechenden Querschnittsbereiche des stimulierbaren Mediums wahlweise emittieren können und bei der der Strahl eines jeden Teilbereichs mittels einer außen zugeordneten Optik in einem anderen Winkel abgelenkt wird. Bei einer solchen bekannten Vorrichtung bereitet jedoch eine entsprechende Ausbildung der Kerr-Zelle große Schwierigkeiten.An internally operating device for direction modulation of a laser has already become known (German Auslegeschrift 1175 792), in which the reflectivity of at least one of the two mirrors of the resonator arrangement is made temporally variable in a certain area of its area by connecting a Kerr cell in front of it that only the associated corresponding cross-sectional areas of the stimulable medium can optionally emit and in which the beam of each sub-area is deflected at a different angle by means of an externally assigned optics. In such a known device, however, a corresponding design of the Kerr cell causes great difficulties.

Weiter ist eine Anordnung zur Auslenkung des Strahles eines optischen Senders oder Verstärkers vorgeschlagen worden (deutsche Patentschrift 1199 884), bei der die Symmetrieeigenschaften des durch Kugelspiegel begrenzten optischen Resenators zunächst derart kugelsymmetrisch ausgebildet sind, daß keine Schwingungsachse vor einer anderen ausgezeichnet ist, und erst durch Einwirken elektrischer oder magnetischer Felder derart gestört werden, daß es jeweils nur eine Achse durch das System gibt, entlang deren das System eine maximale Güte aufweist und längs der sich der Ausgangsstrahl ausbreitet. Mit dieser Anordnung ist zwar eine Steuerung der Richtung des Ausgangsstrahls des optischen Senders möglich, sie wird jedoch mit erheblichen Energieverlusten erkauft, da der Wechsel in der Güte des Resonators für die einzelnen Ausbreitungsrichtungen naturgemäß zu Absorptionsverlusten führt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Vorrichtung zur internen Richtungsmodulation für einen optischen Sender oder Verstärker mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium zu schaffen.Furthermore, an arrangement for deflecting the beam of an optical transmitter or amplifier has been proposed (German patent specification 1199 884), in which the symmetry properties of the optical resenator limited by spherical mirrors are initially formed spherically symmetrically that no oscillation axis is distinguished from another, and only through Effects of electric or magnetic fields are disturbed in such a way that there is only one axis through the system, along which the system has a maximum quality and along which the output beam propagates. With this arrangement it is possible to control the direction of the output beam of the optical transmitter, but it is paid for with considerable energy losses, since the change in the quality of the resonator for the individual directions of propagation naturally leads to absorption losses. The invention is therefore based on the object of using simple means to create a device for internal directional modulation for an optical transmitter or amplifier with a gaseous stimulable medium.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, die eine zeitlich veränderbare örtliche Begrenzung der Gasentladung innerhalb des stimulierbaren Mediums bewirken.This object is achieved according to the invention in that means are provided are, which are a temporally changeable local limitation of the gas discharge within of the stimulable medium.

Um nämlich eine genügende Verstärkung der stimulierten Strahlung zu erzielen, muß durch die das stimulierbare Medium anregende elektrische Entladung in dem Bereich des in Form eines optischen Resonators aufgebauten Reaktionsraumes, in dem sich die stehende Lichtwolle aufbauen soll, eine genügende Anzahl angeregter Gasatorne oder Gasmoleküle produziert werden. Dabei ist der Bereich des Resonators, in dem sich die stehende Lichtwolle ausbilden kann, durch die Resonator-Konfiguration festgelegt. Wird nun erfindungsgemäß eine zeitlich veränderbare örtliche Begrenzung der Gasentladung innerhalb des Resonators vorgenommen, go führt diese örtliche Verlagerung des Anregungsbereichs in eine andere Richtung ebenso zu einer Verlagerung der stehenden Lichtwelle und damit zu einer Richtungsänderung des Laserausgangsstrahls, wobei das Entladungsrohr diese neue Richtung durch eine entsprechende Ausbildung ebenfalls zulassen muß.In order to achieve a sufficient amplification of the stimulated radiation achieve, must by the stimulable medium stimulating electrical discharge in the area of the reaction space constructed in the form of an optical resonator, in which the standing light wool should build up, a sufficient number of excited ones Gas atoms or gas molecules are produced. The area of the resonator is in which the standing light wool can develop, due to the resonator configuration set. According to the invention, there is now a temporally variable local limitation of the gas discharge within the resonator, go leads to this local shift of the excitation area in another direction also leads to a displacement of the stationary one Light wave and thus to a change in direction of the laser output beam, wherein the discharge tube also follows this new direction through appropriate training must allow.

Die Mittel, die eine zeitlich veränderbare örtliche Begrenzung der Gasentladung innerhalb des optischen Resonators bewirken, können zum einen in dem Anregungsfeld der Gasentladung überlagerten elektrischen Querfeldern bestehen, ebenso können sie in dem Anregungsfeld der Gasentladung überlagerten magnetischen Feldern bestehen. Solche Mittel sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn solche stimulierbaren Medien verwendet werden, bei denen die Verstärkung der Lichtwelle durch ionisierte Gasatome oder -moleküle erfolgt, die durch das Überlagerungsfeld in verschiedene Anregungsräume verlaaert werden können.The means that a temporally changeable local limitation of the Cause gas discharge within the optical resonator, on the one hand in the Excitation field of the gas discharge superimposed electrical transverse fields exist, as well they can be superimposed magnetic fields in the excitation field of the gas discharge exist. Such agents are particularly advantageous when they are stimulable Media are used in which the amplification of the light wave by ionized Gas atoms or molecules takes place through the overlay field can be moved into different stimulation rooms.

Es ist aber auch möglich, daß die Mittel in einer Mehrzahl von mindestens auf einer Seite des Resonators örtlich getrennt angeordneten Anregungselektroden bestehen. Dabei können die Anregungselektroden jeweils vor zwei einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt aufweisenden Spiegeln angeordnet sein, wobei die Spiegel entweder Begrenzungsflächen des Entladungsraumes darstellen oder sich außerhalb des Entladungsraumes befinden. Die Spiegel können verschiedene Krümmungsradien aufweisen, solange sie nur so angeordnet sind, daß sie einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben. Die beiden sich gegenüberstehenden Spiegel können aber auch Teile einer Kugelkalotte sein, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Entladungsraumes zusammenfällt.But it is also possible that the means in a plurality of at least locally separated excitation electrodes on one side of the resonator exist. The excitation electrodes can each have a common one in front of two Be arranged having the center of curvature having mirrors, the mirror either Represent the boundary surfaces of the discharge space or outside the discharge space are located. The mirrors can have different radii of curvature as long as they are only arranged so that they have a common center of curvature. the however, two opposing mirrors can also be parts of a spherical cap whose center of curvature coincides with the center of the discharge space.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels noch etwas näher erläutert werden.In the following, the invention is intended to be based on one of the FIGS. 1 and 2 illustrated embodiment are explained in more detail.

Wie die F i g. 1 zeigt, besteht der optische Sender aus dem Entladungsgefäß 1, das mit dem gasförmigen stimulierbaren Medium gefüllt ist. Der Entladungsraum wird zum einen durch die Gefäßwandung, zum anderen durch zwei Hohlspiegel 2 und 3 begrenzt, deren Krümmungsmittelpunkt zugleich MittelpunktM des Entladungsraumes ist. Vor diesen Spiegeln 2 und 3 sind jeweils eine Mehrzahl von Elektroden 4 angeordnet, die über Schalter 6 und 7 mit der Anregungsspannung U" der Gasentladung verbunden sind. Die vorzugsweise elektronisch ausgebildeten Schalter 6 und 7, die gegensinnig fortgeschaltet werden, bewirken, daß eine Gasentladung jeweils zwischen zwei solchen Elektroden aufgebaut wird, daß die Achse dieser Gasentladungsstrecke durch den Mittelpunkt M geht. Durch eine Änderung der jeweils der Gasentladung dienenden Elektroden wird jeweils ein anderer Anregungsraum definiert und damit eine Richtungsänderung des stimulierten Strahles um den Winkel 2 a erreicht.As the F i g. 1 shows, the optical transmitter consists of the discharge vessel 1 which is filled with the gaseous stimulable medium. The discharge space is limited on the one hand by the vessel wall and on the other hand by two concave mirrors 2 and 3 , the center of curvature of which is also the center M of the discharge space. A plurality of electrodes 4 are arranged in front of these mirrors 2 and 3 and are connected to the excitation voltage U "of the gas discharge via switches 6 and 7. The switches 6 and 7, which are preferably electronically designed and which are advanced in opposite directions, cause a gas discharge is set up between two such electrodes so that the axis of this gas discharge path passes through the center M. By changing the electrodes used for the gas discharge, a different excitation space is defined and thus a change in direction of the stimulated beam by the angle 2 a is achieved.

Die F i g. 2 zeigt die Vorrichtung der F i g. 1 im Längsschnitt. Das Entladungsgefäß 1 ist flach ausgebildet und an den Enden mit den beiden Hohlspiegeln 2 und 3 abgeschlossen. Die Elektroden 4 sind in bekannter Weise so in den Entladungsraum einbezogen, daß sie die Vielfachrellexionen nicht behindem. Es ist selbstverständlich möglich, die hier dargestellte zweidimensionale Anordnung der Elektroden auf eine dreidimensionale zu erweitern. Weiterhin ist die Erflndung nicht auf die dargestellte Ausführungsform des Entladungsgefäßes 1 beschränkt, wie auch die Spiegel 2 und 3 einer leichten Justierbarkeit wegen außerhalb des eigentlichen Entladungsraumes angeordnet sein können.The F i g. 2 shows the device of FIG. 1 in longitudinal section. The discharge vessel 1 is flat and closed at the ends with the two concave mirrors 2 and 3 . The electrodes 4 are incorporated into the discharge space in a known manner in such a way that they do not hinder the multiple reflections. It is of course possible to expand the two-dimensional arrangement of the electrodes shown here to a three-dimensional one. Furthermore, the invention is not restricted to the illustrated embodiment of the discharge vessel 1 , and the mirrors 2 and 3 can also be arranged outside the actual discharge space for ease of adjustment.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Richtungsmodulation eines stimulierten Strahls ist in der Größe der Ablenkung nicht begrenzt. Sie ist in ihrer Frequenz lediglich durch die Einschwingzeit und damit durch die Güte der verwendeten optischen Resonatoren nach oben begrenzt.The inventive device for directional modulation of a stimulated Beam is not limited in the size of the deflection. It is in its frequency only by the settling time and thus by the quality of the optical used Resonators limited upwards.

Claims

Claims: 1. An optical resonator with concentric mirrors for the direction of modulation of an optical transmitter or amplifier in a gasförinigen stimulable medium, d a d u rch g e k hen -zeichnet in that means are provided which a time-variable local limitation of the gas discharge within the active medium cause.

2. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that the means consist of the excitation field of the gas discharge superimposed electrical transverse fields. 3. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that the means consist of the excitation field of the gas discharge superimposed magnetic fields. 4. Optical transmitter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means consist of a plurality of at least one side of the discharge space (1) locally separated excitation electrodes (4). 5. Optical transmitter according to claim 4, characterized in that the excitation electrodes (4) each in front of two mirrors (2, 3) delimiting the discharge space (1) or located outside the discharge space and having a common center of curvature (M) are. 6. Optical transmitter according to claim 5, characterized in that the two opposing mirrors (2, 3) are parts of a spherical cap, the center of curvature of which is at the same time the center point (M) of the discharge space (1) . Documents considered: German Auslegeschrift No. 1175 792. Older patents considered: German Patent No. 1199 884.