DE1282808B

DE1282808B - Optischer Sender oder Verstaerker fuer kohaerente Strahlung

Info

Publication number: DE1282808B
Application number: DE1965W0040473
Authority: DE
Inventors: Chikara Hirayama; Nathan T Melamed
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1964-12-10
Filing date: 1965-12-10
Publication date: 1968-11-14
Also published as: GB1136476A; BE673401A; CH431747A; GB1136475A; NL6516053A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIs

Deutsche Kl.: 21g-53/04

Nummer: 1 282 808

Aktenzeichen: P 12 82 808.9-33 (W 40473)

Anmeldetag: 10. Dezember 1965

Auslegetag: 14. November 1968

Ό
M JO Μ

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung mit einer Anregungsenergiequelle, deren Anregungsstrahlung einen breiteren Spektralbereich besitzt als die Absorptionsbanden der Aktivatoren des stimulierbaren Mediums und für dessen stimulierbares Medium neben den Aktivatoren als Sensibilisatoren wirkende Ionen vorgesehen sind, deren Absorptionsbanden zwar wenigstens zum Teil im Spektralbereich der Anregungsstrahlung, aber im wesentlichen außerhalb der Absorptionsbanden der Aktivatoren liegen und die die von ihnen absorbierte Energie auf die Aktivatoren übertragen.

Stimulierbare Medien dieser Art sind durch die deutsche Auslegeschrift 1134 761 bekanntgeworden. Der Sensibilisator dient zur besseren Ausnutzung der Anregungsstrahlung. Die zu stimulierenden Verunreinigungen bzw. Aktivatoren, insbesondere die Ionen der Seltenen Erden, haben nämlich eine verhältnismäßig schmale Absorptionsbande und nutzen deshalb nur einen kleinen Bereich der Anregungsstrahlung aus. Durch die Sensibilisatoren werden Energiebereiche der Anregungsstrahlung absorbiert, die von den zu stimulierenden Ionen nicht absorbiert werden. Die zusätzlich absorbierte Anregungsstrahlung wird dann auf das Aktivatormaterial übertragen. Zu diesem Zweck müssen die Spektralbereiche der Sensibilisatoren und der Aktivatoren in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen. Dies wird an Hand der F i g. 1 erläutert.

Ziel dieser Erfindung ist eine weitere Verbesserung der Ausnutzbarkeit der Strahlung der Anregungsenergiequelle. Dies ist bei einem optischen Sender oder Verstärker der einleitend genannten Art dadurch möglich, daß neben den als Sensibilisatoren wirkenden Ionen weitere als Ko-Sensibilisatoren wirkende Ionen vorgesehen sind, deren Absorptionsbanden ebenfalls, wenigstens zum Teil, im Spektralbereich der Anregungsstrahlung, aber im wesentlichen außerhalb der Absorptionsbanden der Aktivatoren und der Sensibilisatoren liegen und die die absorbierte Energie auf die Sensibilisatoren übertragen.

In F i g. 1 sind die Emissions- und Absorptionsbanden eines Phosphatglases (MgO ■ P₃O₅), das einmal als Sensibilisator Mn²⁺ und einmal als Aktivator Nd³"^u enthält, graphisch dargestellt. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß Mn²⁺ in einem Bereich absorbiert, in dem Nd³⁺ nicht absorbiert, und daß Mn²⁺ in einem Bereich emittiert, in dem Nd³⁺ absorbiert. Die Absorption von Mn²' im Bereich von 3,0 bis 3,2 eV liegt an einer Stelle, an der Nd³⁺ nur geringfügig absorbiert. Das Mn²⁺-Nd ³⁺-Paar hat bei durchgeführten Versuchen eine Ausnutzbarkeit der Anregungsstrahlung gezeigt,

Optischer Sender oder Verstärker für kohärente
Strahlung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Nathan T. Melamed, Pittsburgh, Pa.;

Chikara Hirayama, Murrysville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Dezember 1964
(417 321)

die bisher in stabförmigen stimulierbaren Medien, welche nur Nd³⁺ als Aktivator enthielten, nicht erreicht wurde.

Das Emissionsspektrum des Sensibilisators muß sich mit dem Absorptionsspektrum der Aktivatoren überlappen. Der Sensibilisator muß in einem Spektralbereich absorbieren, in dem der Aktivator nicht absorbiert. Selbstverständlich muß dieser Bereich im Spektralbereich der Anregungslichtquelle liegen. Die Absorptionsbereiche des Sensibilisators und des Aktivators sollen sich nicht oder nur wenig überschneiden. Der Sensibilisator soll vorzugsweise eine kurze Abklingzeit haben.

Die Beziehung zwischen den Spektren der Ko-Sensibilisatoren und der Sensibilisatoren muß die gleiche sein wie die Beziehung zwischen den Spektren der Sensibilisatoren und Aktivatoren. Eine Zusammenstellung von Beispielen geeigneter Kombinationen ist durch die folgende Tabelle I gegeben.

809 637/863

	As⁸+ Sb⁸+	Ko-Sensibilisatoren	Pb²+ Bi*+
Aktivator		Ce⁸+ Sn³+ Pb²+ \|
	Mn²+	Sensibilisatoren	Ce³+
Pr³+	Mn²+		Ce³⁺
Nd³+	Mn²+		Ce³+
Sm³+	Mn²+		Ce³⁺
Eu³+	—		Ce³+
Gd³+	—		Ce³+
Tb³+	—		Ce³⁺
Dy³+	Mn²+		Ce³⁺
Ho³+	Mn²+		Ce³⁺
Er³+	—		Ce³⁺
Tm³⁺	Mn²+		Ce³⁺
Yb³+
	UO₂ ²⁺
UO₂ ⁸⁺
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺
—
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺
UO₂ ²⁺

von den Mn²+-Ionen auf die Nd³⁺-Ionen übertragen. Sowohl die von den Nd³⁺-Ionen unmittelbar absorbierte als auch die von den Mn²⁺-Ionen übernommene Strahlungsenergie trägt zur notwendigen Anregung des stimulierbaren Mediums bei. Die stimulierte Strahlung wird in dem optischen Resonator verstärkt und tritt als kohärenter Lichtstrahl 16 aus.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Ko-Sensibilisator zusammen mit dem Sensibilisator

ίο und dem Aktivator in das stimulierbare Medium 11 selbst eingebracht. Das stimulierbare Medium besitzt an den Enden teildurchlässige Spiegel 14 und 15.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist der Ko-Sensibilisator und der Sensibilisator in einem mantelförmigen Glasüberzug 21 des stimulierbaren Mediums enthalten.

Die Ko-Sensibilisatoren absorbieren Energie in einem Spektralbereich, in dem weder die Aktivatoren noch die Sensibilisatoren absorbieren. Es sollte keine oder nur eine geringe Überschneidung der Absorptionsbereiche von Ko-Sensibilisatoren, Sensibilisatoren bzw. Aktivatoren auftreten. Andererseits muß eine Überlappung zwischen dem Emissionsspektrum des Ko-Sensibilisators und der Absorptionsbande des Sensibilisators vorhanden sein. Obgleich eine Konzentration des Ko-Sensibilisators von 0,5 bis 8 Gewichtsprozent wünschenswert ist, ist diese nicht kritisch. Der Ko-Sensibilisator muß nur vorhanden sein, und die Ionen müssen die angegebene Wertigkeit haben.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand der F i g. 2 bis 4 näher erläutert. Es zeigt F i g. 2 die Schnittansicht eines optischen Senders, F i g. 3 die Schnittansicht von einem Teil eines stimulierbaren Mediums, das einen Aktivator, einen Sensibilisator und einen Ko-Sensibilisator enthält, und F i g. 4 den Querschnitt von einem Teil eines mit Glas überzogenen stabförmigen stimulierbaren Mediums.

In F i g. 2 ist ein optischer Sender dargestellt. Innerhalb eines Gehäuses 12 in Form eines elliptischen Zylinders sind in den betreffenden Brennlinien des Zylinders eine optische Anregungsquelle 10, die aus einer Xenon-Blitzlampe bestehen mag, und ein stimulierbares Medium 11 angeordnet. Die Innenfläche 13 des Gehäuses ist als Reflektor für das Anregungslicht mit hoher Güte ausgebildet. Das in F i g. 3 dargestellte stimulierbare Medium 11 besitzt an beiden Enden reflektierende Spiegel 14 und 15, die einen optischen Resonator bilden. Der Spiegel 14 reflektiert vollständig, wohingegen der Spiegel 15 teildurchlässig ist. Das stimulierbare Medium 11 besteht aus einem optisch hochwertigen Silikatglas mit einer Grundzusammensetzung 35 Na₂O · 65 SiO₂ oder einem Barium-Kronglas, das etwa 4 Gewichtsprozent Nd₂O₃ und etwa 4 Gewichtsprozent Mn²+ enthält.

Im Betrieb wird die Xenonlampe 10 gepulst. Sie erzeugt dann einen Anregungsenergieimpuls, der auf das stimulierbare Medium gerichtet ist. Die Nd³⁺- Ionen in dem Stab 11 absorbieren unmittelbar ein erstes schmales Band aus dem breiten Anregungsstrahlungsbereich und die Mn²+-Ionen absorbieren ein anderes bzw. zweites Band dieses Strahlungsbereiches. Das zweite Band der absorbierenden Strahlung wird

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung mit einer Anregungsenergiequelle, deren Anregungsstrahlung einen breiteren Spektralbereich besitzt als die Absorptionsbanden der Aktivatoren des stimulierbaren Mediums und für dessen stimulierbares Medium neben den Aktivatoren als Sensibilisatoren wirkende Ionen vorgesehen sind, deren Absorptionsbanden zwar wenigstens zum Teil im Spektralbereich der Anregungsstrahlung, aber im wesentlichen außerhalb der Absorptionsbanden der Aktivatoren liegen und die die von ihnen absorbierte Energie auf die Aktivatoren übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß neben den als Sensibilisatoren wirkenden Ionen weitere als Ko-Sensibilisatoren wirkende Ionen vorgesehen sind, deren Absorptionsbanden ebenfalls, wenigstens zum Teil, im Spektralbereich der Anregungsstrahlung, aber im wesentlichen außerhalb der Absorptionsbanden der Aktivatoren und der Sensibilisatoren liegen und die die absorbierte Energie auf die Sensibilisatoren übertragen.

2. Stimulierbares Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisatoren und die Ko-Sensibilisatoren zusammen mit den Aktivatoren in seinem Innern eingebaut enthalten sind.

3. Stimulierbares Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisatoren und die Ko-Sensibilisatoren in einer Hüllschicht (21) enthalten sind, die das stimulierbare Medium (11) mantelförmig umschließt.

4. Stimulierbares Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aktivator aus der Gruppe Nd³⁺ und Ho³⁺ und einem Sensibilisator Mn²⁺ als Ko-Sensibilisator ein Ion aus der Gruppe As³⁺, Sb³⁺, Ce³⁺ und Sn²⁺ entnommen ist.

5. Stimulierbares Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aktivator aus der Gruppe Eu³⁺ und Tb³⁺ und einem Sensibilisator Ce³⁺ als Ko-Sensibilisator ein Ion aus der Gruppe Pb²⁺ und Bi³⁺ entnommen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1134 761; Proceedings of the JEEE, Bd. 52, Nr. 11, November 1964, S. 1355.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1196 294.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen