DE1287227B

DE1287227B - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE1287227B
Application number: DEH53054A
Authority: DE
Inventors: Neeland James K; Evtuhov Viktor
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1963-06-24
Filing date: 1964-06-23
Publication date: 1969-01-16
Also published as: SE322848B; GB1055398A; US3309621A

Description

erzielt werden, wenn die Anregungsenergie sehr dicht über dem Schwellenwert liegt. Unter solchen Bedingungen hätte ein optischer Sender jedoch nur ein sehr

Demgemäß hat ein solcher optischer Resonator eine io im optischen Resonator zu unterdrücken, wie es alier-Vielzahl von Eigenschwingungen, und es besteht dings bereits ein älterer Vorschlag vorsieht,
infolgedessen das Ausgangssignal innerhalb eines Weiterhin hat die Erfindung ein Verfahren zum

bestimmten, engen Frequenzbereiches aus verschie- Gegenstand, das es ermöglicht, einen solchen optischen denen Frequenzen, die seinen verschiedenen Eigen- Sender durch Auswahl der wirksamen Bereiche der schwingungen entsprechen. So werden gewöhnlich 15 Spiegel des Resonators herzustellen. Das erfindungsinnerhalb des stimulierbaren Mediums sehr viele gemäße Verfahren besteht darin, daß längs des Um-Längs- und Transversal-Eigenschwingungen angeregt, fanges des stimulierbaren Mediums eine ungleichvon denen jede Transversal-Eigenschwingung eine förmige radiale Verteilung der den Schwellenwert Querschnittsfläche aufweist, die sehr viel geringer ist überschreitenden Anregungsenergie geschaffen wird, als die gesamte Querschnittsfläche des stimulierbaren 20 daß eine bestimmte der möglichen transversalen Mediums. Eigenschwingungen des optischen Resonators durch

Die Transversal-Eigenschwingungen in dem bei- Ändern der ungleichförmigen radialen Verteilung der spielsweise von einem Rubinstab gebildeten stimulier- Anregungsenergie längs des Umfanges des Mediums baren Medium kann dadurch vermindert werden, daß ausgewählt wird und daß dann die wirksamen Bedie Anregungsenergie vermindert wird, und es kann 25 reiche der geometrischen Ausbildung der ausgewählten ein Betrieb in nur einer Transversal-Eigenschwingung Eigenschwingung angepaßt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Der Beschreibung schwaches Ausgangssignal, nämlich einen Ausgangs- 30 und der Zeichnung sind auch noch weitere Einzelheiten impuls von etwa 2 bis 3 μβ Dauer bei einer Amplitude und Ausgestaltungen der Erfindung zu entnehmen, in der Größenordnung von einigen Watt. Weiterhin Es zeigt

wäre der Betrieb unstabil in dem Sinne, daß schon F i g. 1 die schematische Darstellung eines in nur

eine sehr geringe Erhöhung der Anregungsenergie, einer Transversal-Eigenschwingung betriebenen optinämlich um etwa 1%, zu einer Anregung zusätzlicher 35 sehen Senders gemäß einer ersten Ausführungsform Eigenschwingungen und damit zu zusätzlichen der Erfindung,

und unkontrollierbaren Ausgangsfrequenzen führen F i g. 2 eine Anzahl von Darstellungen der Eigenkönnte, schwingungen des optischen Senders nach Fig. 1,

Es besteht jedoch der Bedarf nach einem optischen der mit einer gerade über dem Schwellenwert liegenden Sender oder Verstärker, der in nur einem einzigen 40 Anregungsenergie betrieben wird,
Modus schwingt, aber eine relativ hohe Ausgangs- F i g. 3 ein Diagramm, das die Trennung zwischen

leistung aufweist. Ein solcher optischer Sender oder den Maxima einer Eigenschwingung zweiter Ord-Verstärker würde seine Frequenz nicht ändern, keine nung als Funktion des Kehrwertes des Krümmungszusätzlichen Frequenzen erzeugen und auch nicht radius der Spiegel und der Länge des Resonators seine Strahlbreite ändern, wenn die zugeführte An- 45 als Parameter angibt,

regungsenergie erhöht wird. Solch ein optischer F i g. 4 die schematische Darstellung eines weiteren

Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5a die Darstellung einer einzigen Eigenschwingung zweiter Ordnung eines optischen Senders, der ohne Steuerung der Eigenschwingung nahe dem Schwellenwert betrieben wird,

F i g. 5 b die Darstellung der Konfiguration bei Auftreten einer Vielzahl von Eigenschwingungen bei dem gleichen optischen Sender, der die Eigenschwingung nach F i g. 5 a aufweist und hier mit einer etwa 15% über dem Schwellenwert liegenden Anregungsenergie betrieben wird, und

F i g. 6 eine Darstellung einer einzigen Eigenschwingung zweiter Ordnung eines eigenschwingungsgesteuerten optischen Senders nach der Erfindung, der mit einer etwa 20% über dem Schwellenwert liegenden Anregungsenergie betrieben wird.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren zur Begrenzung der Anzahl angeregter Transbezogen auf die Querschnittsfläche, nur bereichsweise ⁶5 versal-Eigenschwingungen bei beliebig hohen Anverspiegelt sein. Weist dagegen der optische Resonator regungsenergien und zur Vergrößerung der Quervom stimulierbaren Medium getrennte Spiegel auf, schnittsfläche der Transversal-Eigenschwingungen so kann zwischen einer Stirnfläche des stimulierbaren werden im folgenden unter Bezugnahme auf die

Sender wäre beispielsweise als Leistungsquelle nach Art eines Lokaloszillators bei optischen Heterodyn-Sendern oder Superheterodyn-Empfängern geeignet.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sender oder Verstärker mit einem sehr konzentrierten Ausgangssignal zu schaffen, das bei hoher Anregungsenergie aus einer einzigen Transversal-Eigenschwingung gewonnen wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spiegel des Resonators der Querschnittsform der gewünschten Eigenschwingung entsprechend nur auf begrenzten geometrischen Bereichen ihrer Gesamtfläche wirksam sind.

Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der die Spiegel des optischen Resonators auf den Stirnflächen des stimulierbaren Mediums aufgebracht sind, können die Stirnflächen des stimulierbaren Mediums,

Zeichnung beschrieben. Die Beschreibung ist auf optische Sender mit einem Rubinstab als stimulierbares Medium beschränkt, jedoch versteht es sich, daß die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der transversalen Eigenschwingungen auch bei anderen Arten von optischen Sendern und Verstärkern anwendbar sind.

Der optische Sender nach F i g. 1 hat als stimulierbares Medium Π einen Rubinstab 13, der innerhalb eines optischen Resonators 15 angeordnet ist, der von Silberspiegeln Π in Form eines Niederschlages auf den Stirnflächen des Rubinstabes 13 gebildet wird. Weiterhin ist in Fig. 1 ein ungleichförmiges Anregungsenergiefeld 19 angedeutet, das von einer nicht näher dargestellten Anregungsenergiequelle erzeugt wird und dazu dient, das stimulierbare Medium zu Schwingungen anzuregen. Es sei betont, daß der optische Resonator IS eine Vielzahl von Eigenschwingungen aufweist, wie es noch im einzelnen beschrieben werden wird, daß aber durch Anpassung oder Be» grenzung der reflektierenden Eigenschaften der Silberspiegel 17 erreicht werden kann, daß nur eine ausgewählte Eigenschwingung angefacht wird und nur ein dieser Eigenschwingung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird, unabhängig davon, wie hoch die Anregungsenergie sein mag.

Das Reflexionsvermögen wenigstens eines der Spiegel 17 ist so hoch, daß eine im wesentlichen vollständige Reflexion (etwa 98%) stattfindet, während der andere Spiegel ein Reflexionsvermögen von etwa 90% hat, so daß ein Ausgangssignal austreten kann, das durch den Pfeil am rechten Ende der Vorrichtung nach Fig.! angedeutet ist.

F i g. 2 veranschaulicht die Feldverteilung einer einzigen Eigenschwingung bei dem optischen Sender nach Fig. 1, wenn dieser mit einer Anregungsenergie betrieben wird, die gerade ausreicht, um Schwingungen zu erzeugen, die also gerade über dem Schwellenwert liegt. F i g. 2A zeigt eine Feldverteilung erster Ordnung. Fig. 2B eine Feldverteilung zweiter Ordining und F i g. IC eine Feldverteilung vierter Ordnung. Wie später noch erläutert wird, kann die Ordnung der Schwingung durch Verändern der Relation zwischen dem ungleichförmigen Anregungsenergiefeld 19 und dem stimulierten Medium 11 des optischen Senders ausgewählt werden.

Die Theorie und Wirkungsweise der Erfindung soll durch die folgenden Ausführungen erläutert werden: Transversal-Eigenschwingungen werden gewöhnlich untersucht, indem die Intensitätsverteilung im Nahfeld des ausgesandten Strahlers des optischen Senders beobachtet wird. Die folgenden Eigenschaften der Intensitätsverteüung sind für die vorliegende Diskussion von Bedeutung:

55

1. Die Ausdehnung der Verteilung ist unabhängig vom Durchmesser des benutzten stimulierbaren Mediums and von der Größe des angeregten Volumens.

2. Jeder RubinkrislaEl kann in einer Mehrzahl von Eigenschwingungen angeregt werden, indem die Verteilung der Anregungsenergie längs des Umfanges des Rubins geändert wird.

3. Ein Erhöhen der Anregungsenergie führt zu einer sprunghaften Veränderung der Eigenschwingungen und zur Anregung zusätzlicher und komplizierter Eigenschwingungen.

Das Verhalten in bezug auf die Transversal- Eigenschwingungen wird theoretisch verständlich, wenn beachtet wird, daß die Endflächen oder Spiegel des Resonators tatsächlich nicht eben sind, sondern in geringem Maße gekrümmt, wie es durch Untersuchungen mit dem Twyman-Green-Interferometer nachgewiesen werden kann. Die Krümmung kann das Ergebnis von Schwankungen der Länge des optischen Weges innerhalb des Rubins sowie auch einer geringen körperlichen Krümmung der Reflektoren sein. Diese geringe Krümmung erlaubt die Anwendung der Resonatortheorie von G. D. B ο y d und J. P. Gοr dοn, die in der Zeitschrift Bell System Technical Journal, Bd. 40, S. 489 bis 508, 1961, veröffentlicht worden ist. Nach dieser Theorie ist die Feldverteiiung für eine Eigenschwingung, die durch die Indizes m und η bezeichnet wird, unter Verwendung der Notation von B ο y d und Gordon (S. 499) angenähert durch folgenden Ausdruck gegeben:

E{x,y\:

E₀

- IA

τ- '■(t+'Mt

Γ{η+

In der Ebene Y — 0 einer als Beispiel ausgewählten Eigenschwingung zweiter Ordnung ist die Feldverteilung wie folgt:

E{x,z₀)

E₀

: r -1 fc

Wird diese Gleichung nach χ differenziert, so ergibt die Stelle x_m, an der das Feld ein Maximum hat,

An

In dieser Gleichung ist b der Krümmungsradius der Endplatten eines konfokalen Resonators, der dem betrachteten tatsächlichen optischen Resonator Ϊ5 entspricht. Wenn h' der tatsächliche Krümmungsradius der Endplatten dieses Resonators, also der Spiegel 17, ist, dann ist

b = ]/2db'-(P, (4)

wobei d die Resonalorlänge bedeutet, und es wird

2db'~S

ι*

J"

60 Es gibt zwei grundlegende idealisierte Modelle für den optischen Resonator 15 eines optischen Senders. Bei einem Modell wird angenommen, daß die Reflektoren oder Spiegel 17 als gekrümmt betrachtet werden können. Diese Krümmung hat einen Strahl zur Folge, der unter einem bestimmten Winkel divergiert, wenn er den Resonator verläßt. Das andere Mode!! betrachtet die Reflektoren als eben und

parallel zu einer Linse, die zwischen ihnen angeordnet ist, und führt zu einem parallelen Strahl, der den Resonator verläßt. Das zweite Modell ist anwendbar, wenn die Wegunterschiede im Inneren des Rubins im wesentlichen auf Schwankungen des Brechungsindex zurückzuführen sind. In der Praxis liegt jedoch die Größe b' in solch einem Bereich, daß es unwesentlich ist, welches der beiden Modelle benutzt wird. So sind beispielsweise für b' — 20 cm die Abweichungen der Werte x_m an der Oberfläche des Resonators, die von den beiden Modellen vorhergesagt werden, nur etwa 1,2% und noch geringer für größere b'. Deshalb wird zur Vereinfachung in den meisten Fällen das zweite Modell benutzt.

Da der Resonator mit einem Dielektrikum angefüllt ist, gilt

-Γ-

Diese Funktion ist in F i g. 3 aufgetragen. Es ist wichtig zu beachten, wie stark x_m mit γ abnimmt,

wenn ψ klein ist. Dies zeigt, daß schon bei geringen Abweichungen von der idealen Planparallelität die Theorie des Resonators mit gekrümmten Endplatten Anwendung finden muß. In F i g. 3 sind außerdem experimentelle Werte eingezeichnet, und es ist für jeden Punkt angegeben, wo der Wert V mit einem Twyman-Green-Interferometer gemessen wurde. Diese Werte von b' weichen etwas von denjenigen ab, die sich theoretisch ergeben müßten. Dies deutet darauf hin, daß der effektive Krümmungsradius sich während eines Impulses des optischen Senders ändert. Es genügt schon eine Differenz in der Länge des optischen Weges von 1:10⁵ über eine transversale Strecke von 1 mm, um ein V von 500 cm in einem Resonator von 2 cm Länge zu verursachen. Es gibt jedoch noch einen anderen möglichen Grund für die Abweichungen zwischen dem theoretischen und dem gemessenen b'. Da wohl kaum erwartet werden kann, daß die effektive Krümmung der Endplatten tatsächlich sphärisch ist, können die Abweichungen von der Theorie von B ο y d und G ο r d ο η einfach darauf zurückzuführen sein, daß die tatsächliche Krümmung der Endplatten unregelmäßig ist.

Das Verhalten der Kurven nach F i g. 3 läßt erwarten, daß die Größe der Transversal-Eigenschwingungen erhöht werden kann, indem die effektive Krümmung der Spiegelflächen des Resonators vermindert wird. Wenn beispielsweise der effektive Krümmungsradius der Spiegelflächen während des Betriebes des optischen Senders etwa 100 m groß gemacht wird, kann ein Modus zweiter Ordnung (F i g. 2B) mit einem Abstand von etwa 0,60 mm zwischen den Intensitätsmaxima unter Verwendung eines Rubins von etwa 25 mm Länge erzielt werden. Die Krümmung an den Stirnflächen des Rubinstabes soll so gewählt werden, daß sich im Verein mit den Änderungen der Krümmung während des Betriebes des Senders die effektive Krümmung ergibt, die zu der gewünschten Eigenschwingung führt. So kann die Ausgangskrümmung, die an den Endflächen vorgesehen ist, sogar negativ sein, d. h. also, daß diese Flächen konkav sein können.

Ein weiteres Problem besteht in der Auswahl einer Transversal-Eigenschwingung. Da die Transversal-Eigenschwingungen einen sehr geringen Frequenzabstand haben, die Theorie von B ο y d und G ο r d ο η ergibt etwa 100 MHz, sind solche einfachen Methoden, wie sie die Technik beispielsweise als Mehrreflektoren-Resonator kennt, zur Auswahl von Eigenschwingungen nicht brauchbar. (Zur Technik der Mehrreflektoren-Resonatoren siehe beispielsweise D. A. K 1 e i η m a η η und P. O. K i s 1 i u k in Bell System Technical Journal, 1962, Bd. 41. S. 453 bis 462.) Ein optischer Sender arbeitet normalerweise in verschiedenen Transversal-Eigenschwingungen, weil die Kreisgüten Q für diese Eigenschwingungen sehr dicht beisammenliegen. Eine wirksame Auswahl von Eigenschwingungen könnte deshalb erzielt werden, wenn es möglich wäre, die Güte des Resonators für alle Eigenschwingungen, abgesehen von der gewünschten Eigenschwingung, zu reduzieren. Die Reduktion der Güte Q kann dadurch erzielt werden, daß die Reflexionsfähigkeit der Endplatten für alle Eigenschwingungen, ausgenommen der ausgewählten Eigenschwingung, vermindert wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Silber wenigstens eines der Spiegel 17, das auf dem Rubinstab 13 aufgebracht ist, überall entfernt werden, ausgenommen an den Stellen, an denen das elektromagnetische Feld der gewünschten Eigenschwingung relativ groß ist (s. F i g. 2).

Eine zweite mögliche Technik veranschaulicht Fig. 4 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Technik besteht darin, daß von dem Rubinkörper 13 getrennte Reflektoren oder Spiegel 21 verwendet werden und zwischen dem Rubin 13 und mindestens einem der Spiegel ein undurchsichtiger Schirm oder eine Maske 23 angeordnet wird. Die Maske 23 muß nicht näher dargestellte Löcher aufweisen, deren Form und Lage der Feldverteilung der gewünschten Eigenschwingung entsprechen.

Demnach kann bei der Herstellung eines in nur einer Transversal-Eigenschwingung arbeitenden optischen Senders oder Verstärkers nach den folgenden Richtlinien vorgegangen werden:

I. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

1. Auswählen der geeigneten Krümmung der Endplatten, um die gewünschte Größe der Transversal-Eigenschwingung zu erhalten, und entsprechendes Läppen der Stirnflächen des Rubins 13.

2. Nach dem Aufdampfen von Silber-17 oder eines anderen reflektierenden Werkstoffes auf die Stirnflächen zur Erzeugung der Zelle 15 des optischen Senders Anregen des Rubins 13 zu Schwingungen, indem der optische Resonator 15 einer ungleichförmigen Anregungsenergie 19 ausgesetzt wird, und photographische Untersuchung der Feldverteilung der Eigenschwingung an der ausgangsseitigen Stirnfläche des Rubinstabes 13 während des Betriebes bei nahe dem Schwellenwert liegender Anregungsenergie.

3. Variieren der Verteilung der Anregungsenergie längs des Umfanges des Rubinstabes 13, bis die gewünschte Feldverteilung der Eigenschwingung erzielt ist, beispielsweise eine Feldverteilung erster oder zweiter Ordnung.

4. Entfernen des Silbers 17 von einer oder von beiden Stirnflächen des Rubinstabes 13 durch Ätzen oder auf andere Weise, ausgenommen an den Stellen, wo die Feldstärke der gewünschten Eigenschwingung hoch ist.

II. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4.

1. Auswahl der geeigneten Krümmung der Spiegelflächen, um die gewünschte Größe der Transversal-Eigenschwingung zu erzielen und entsprechendes Läppen der getrennt angeordneten Reflektorplatten 21.

2. überziehen der Stirnflächen des Rubins 13 mit einem nicht dargestellten Antireflexwerkstoff, beispielsweise durch Niederschlagen eines dielektrischen Überzuges wie Magnesiumfluorid.

3. Nach Fertigstellen des optischen Resonators 15 eines optischen Senders durch Aufdampfen von Silber oder eines anderen reflektierenden Werkstoffes auf die Endplatten 21 erfolgt das Anregen des Rubins 13 zu Schwingungen durch Einführen eines ungleichförmigen Anregungsenergiefeldes 19 in das stimulierbare Medium 15 und photographisches Untersuchen der Feldverteilung der Eingangsschwingung am Ausgangsende des optischen Senders während seines Betriebes mit nahe dem Schwellenwert liegender Anregung.

4. Variieren der Verteilung 19 der Anregungsenergie längs des Umfanges des Rubins 13, bis die gewünschte Feldverteilung der Eigenschwingung erzielt ist.

a Entfernen des Silbers von einer oder von beiden Spiegelflächen 21 durch Ätzen oder andere Mittel, abgesehen von den Stellen, an denen die gewünschte Eigenschwingung eine hohe' Feldintensität aufweist, oder

b Abdecken des einen oder beiden Reflektoren 21 durch Einschalten eines Schirmes 23 aus undurchsichtigem Material mit einem geeignet geformten und angeordneten, nicht dargestellten Loch zwischen dem Rubin 13 und wenigstens einem der Reflektoren 21.

Der Vorteil der Verwendung getrennter Reflektoren besteht darin, daß es möglich ist, den gleichen Satz von Reflektoren mit verschiedenen Rubinen zu benutzen.

Das ungleichförmige Anregungsenergiefeld 19 kann dadurch geschaffen werden, daß ein elliptischer Hohlspiegel benutzt wird oder daß undurchsichtige Streifen in dem Weg der Anregungsenergie zum Rubinstab angeordnet werden. Die Verteilung der Anregungsenergie kann durch Drehen des Rubins oder Versetzen der undurchsichtigen Streifen variiert werden.

F i g. 5 zeigt das Ausgangssignal eines der bisher üblichen optischen Sender mit einem Rubin als stimulierbarem Medium bei geringer und hoher Anregungsenergie. Die Anregung zusätzlicher Transversal-Eigenschwingungen bei hoher Anregungsenergie (etwa 15% über dem Schwellenwert) ist in Fig. 5b klar dargestellt.

F i g. 6 zeigt das Ausgangssignal des gleichen Rubinstabes bei einer Anregungsenergie, die etwa 20% über dem Schwellenwert liegt, nachdem einer der Silberreflektoren in eine solche Form gebracht oder derart abgedeckt worden ist, daß er eine Eigenschwingung zweiter Ordnung begünstigt. Es ist ersichtlich, daß auch bei hoher Anregungsenergie nur diese Eigenschwingung zweiter Ordnung angeregt wird. Es sei noch bemerkt, daß die gesamte Ausgangsleistung des optischen Senders durch eine Auswahl der Eigenschwingung nicht wesentlich reduziert wird, was zeigt, daß nicht nur unerwünschte Eigenschwingungen unterdrückt werden, sondern daß auch der größte Anteil der Energie, der sonst in solchen Eigenschwingungen enthalten ist, in der ausgewählten Eigenschwingung, beispielsweise in der dargestellten Eigenschwingung zweiter Ordnung, konzentriert wird. Es ist zu bemerken, daß bei Rubinen mit einem großen Querschnitt die Stimulation an verschiedenen Stellen der Kristallfläche auftreten kann. An jeder dieser Stellen ist die Charakteristik der Eigenschwingungen durch die örtliche, effektive Krümmung der Endplatten bestimmt. Durch geeignete Formung der Reflektoren können zwei oder auch mehr Stellen der Rubinfläche jeweils zu einer einzigen, ausgewählten Eigenschwingung angeregt werden. Eine solche Technik, insbesondere in der Anwendung als stetig betriebene optische Sender, kann besonders nützlich in Vorrichtungen nach Art eines Dopplerradars sein, denn es kann eine der Eigenschwingungen als Lokaloszillator und die andere als Signal verwendet werden. Der Gebrauch eines einzigen Rubins anstatt von zwei oder mehr optischen Sendern, die bei nur einer Eigenschwingung betrieben werden, kann dabei auftretende Stabilitätsprobleme erneblich vermindern.

Es sei auch noch erwähnt, daß eine mögliche Technik zur selektiven Entfernung der unerwünschten Teile der Silberschicht von den Endplatten des optischen Resonators zur Begünstigung der gewünschten Transversal-Eigenschwingung darin besteht, daß ein lichtempfindliches Abdeckungsmaterial benutzt wird, beispielsweise ein Photoresistmaterial. Bei dieser Technik würde das Photoresistmaterial auf die Silberschicht aufgebracht und dadurch belichtet werden, daß der optische Sender in der gewünschten Eigenschwingung mit einer Anregungsenergie betrieben wird, die dem Schwellenwert sehr nahe ist. Danach würde der unbelichtete Teil des Photoresistmaterials und des sich darunter befindenden Silbers entfernt werden.

Vorstehend wurde ein optischer Sender beschrieben, dessen Ausgangssignal auch bei hoher Anregungsenergie einer ausgewählten Transversal-Eigenschwingung entspricht und daher eine charakteristische Frequenz und Strahlbreite aufweist. Weiterhin wurden Methoden beschrieben, um die Anzahl der angeregten Transversal-Eigenschwingungen bei beliebiger Höhe der Anregungsenergie zu begrenzen und um die Größe der Querschnittsfläche der gewünschten Transversal-Eigenschwingung zu vergrößern. Auf diese Weise wird es möglich, den größten Teil der Energie des optischen Senders oder Verstärkers, die sich bisher auf eine große Anzahl von Eigenschwingungen verteilte, auf eine einzige Eigenschwingung zu konzentrieren, wodurch sich ein stabiler Betrieb in einer einzigen Eigenschwingung bei hoher Ausgangsleistung ergibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker, dessen von Spiegelflächen begrenzter optischer Resonator unerwünschte Eigenschwingungen (Moden) unterdrückt und nur eine einzige Eigenschwingung anfacht, dadurchgekennzeichnet, daß die Spiegel des Resonators der Querschnittsform der gewünschten Eigenschwingung entsprechend nur auf begrenzten geometrischen Bereichen ihrer Gesamtfläche wirksam sind.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 mit Spiegeln des optischen Resonators, die auf den Stirnflächen des stimulierbaren Me-

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diums aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des stimulierbaren Mediums, bezogen auf die Querschnittsfläche, nur bereichsweise verspiegelt sind,

3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 mit vom stimulierbaren Medium getrennten Spiegeln des optischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Stirnfläche des stimulierbaren Mediums und dem zugehörigen Spiegel ein undurchsichtiger Schirm angeordnet ist, der eine die Querschnittsfläche nur teilweise freigebende Öffnung aufweist.

4. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgewählte Eigenschwingung in an sich bekannter Weise eine transversale Eigenschwingung Verwendung findet.

5. Verfahren zur Auswahl der wirksamen Bereiche der Spiegel des Resonators in einem optischen Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Umfanges des stimulierbaren Mediums eine ungleichförmige radiale Verteilung der gerade den Schwellenwert überschreitenden Anregungsenergie geschaffen wird, daß eine bestimmte der möglichen transversalen Eigenschwingungen des optischen Resonators durch Ändern der ungleichförmigen radialen Verteilung der Anregungsenergie längs des Umfanges des Mediums ausgewählt wird und daß dann die wirksamen Bereiche der Spiegel der geometrischen Ausbildung der ausgewählten Eigenschwingung angepaßt werden.

6. Verfahren zur Auswahl einer Eigenschwingung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rubinstab als stimulierbares Medium innerhalb eines der Anregung dienenden elliptischen Hohlspiegels angeordnet wird, so daß längs des Umfanges des Rubinstabes eine ungleichförmige radiale Verteilung der Anregungsenergie vorliegt und daß die gewünschte transversale Eigenschwingung aus der Vielzahl der möglichen durch Drehen des Rubinstabes um seine Längsachse ausgewählt wird.

7. Verfahren zur Auswahl einer Eigenschwingung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem stimulierbaren Medium Anregungsenergie zwischen undurchsichtigen, in der Hauptsache parallel zur optischen Achse verlaufenden Streifen hindurch zugeführt wird, so daß längs des Umfanges des stimulierbaren Mediums eine ungleichförmige radiale Verteilung der Anregungsenergie vorliegt und daß die gewünschte transversale Eigenschwingung aus der Vielzahl der möglichen durch Bewegen der Streifen gegenüber dem stimulierbaren Medium ausgewählt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen