DE1289202B - Optischer Molekularverstaerker - Google Patents

Optischer Molekularverstaerker

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DE1289202B
DE1289202B DE1964S0091482 DES0091482A DE1289202B DE 1289202 B DE1289202 B DE 1289202B DE 1964S0091482 DE1964S0091482 DE 1964S0091482 DE S0091482 A DES0091482 A DE S0091482A DE 1289202 B DE1289202 B DE 1289202B
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/092Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
    • H01S3/093Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen optischen Molekularverstärker mit einem stimulierbaren Festkörpermedium innerhalb eines optischen Resonators, einer Auskoppel- und gegebenenfalls auch einer Einkoppelvorrichtung für das Signallicht und einer Pumplichtquelle, die dem Festkörpermedium über ein optisches System die zu seiner Besetzungsumkehr erforderliche Pumpenergie zuführt.
  • Das allgemeine Prinzip eines optischen Molekularverstärkers ist zwar in der Literatur schon hinreichend beschrieben, doch soll zum besseren Verständnis zunächst an Hand eines einfachen Beispiels nochmals kurz auf die Wirkungsweise eines derartigen Verstärkers eingegangen werden. Die F i g. 1 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Ordinate die Energie E und auf der Abszisse die sogenannte Besetzungszahl n aufgetragen sind. Das Diagramm enthält die Darstellung der Energieverteilung für ein stimulierbares Festkörpermedium mit drei Energieniveaus. Die einzelnen Energieniveaus sind mit El, E2 und E., bezeichnet. Ihre Besetzung - darunter wird die Anzahl der jeweiligen Atome für diesen Energiezustand verstanden - ist im thermischen Gleichgewicht so, daß die höheren Energieniveaus weniger besetzt sind als die tieferen Energieniveaus. Die Verteilung entspricht einer Boltzmannverteilung und ist in der F i g. 1 mit B bezeichnet. Der Schnittpunkt dieser Kurve mit den einzelnen Energieniveaus gibt an, welche Besetzungszahlen den einzelnen Energieniveaus zukommen.
  • Beim optischen Molekularverstärker ist in der Regel ein solches stimulierbares Festkörpermedium zu wählen, dessen Abstand zwischen den Energieniveaus El und E, dem Produkt h - fs und dessen Abstand zwischen den Energieniveaus El und E3 dem Produkt h - f, entspricht, worin h das Plancksche Wirkungsquantum, f, die mittlere Signalfrequenz und f, die dem Pumpübergang entsprechende Pumpfrequenz sind.
  • Der Verstärkungsvorgang in einem derartigen Dreiniveaumolekularverstärker geht nun wie folgt vor sich: Mittels von außen zugeführter Pumpenergie wird die Besetzungszahl in den einzelnen Energieniveaus geändert, und zwar derart, daß auf E" sich die Besetzungszahl von n3 auf n3 erhöht. Weil die Zahl der Atome in dem stimulierbaren Festkörpermedium festliegt, verringert sich durch diese Quantenübergänge die Besetzung bei Ei um den gleichen Betrag. Die Besetzung geht also für Ei von n1 auf n 'l zurück. Die Inversion des Niveaupaares EilE2 wird erheblich verbessert, wenn die den thermischen Ausgleich der einzelnen Energieniveaus untereinander bestimmende Relaxationszeit für das Niveaupaar E./E, wesentlich kleiner ist als für das Niveaupaar E,/Ei. Man erreicht so, daß die Besetzungszahl des Niveaus E, größer wird als die des Niveaus Ei (Inversion). Wird nun ein äußeres Signal mit der Frequenz f, zugeführt, so gehen Atome mit dem Energiezustand E, in den Energiezustand Ei über. Gleichzeitig tritt eine gewisse Transportierung von Atomen des Energiezustandes Ei in den Energiezustand E.., ein. Der Übergang von E.., nach Ei entspricht einer induzierten Emission des stimulierbaren Festkörpermediums auf der Frequenz fs, während der Übergang von Ei nach E, einer Absorption der induzierten Signalenergie entspricht. Durch die mittels des Pumpens erzwungene Besetzung der Energieniveaus Ei und E, überwiegt jedoch die induzierte Emission gegenüber der Absorption, so daß insgesamt mehr Signalenergie der Pumpfrequenz f5 vom stimulierbaren Festkörpermedium emittiert wird, als einfallende bzw. induzierende Signalenergie mit der Frequenz fs von dem stimulierbaren Festkörpermedium absorbiert wird.
  • Das Dreiniveausystem ist nur eines der möglichen Systeme, nach dem optische Molekularverstärker arbeiten können. Es gibt auch Systeme mit beispielsweise vier und mehr Niveaus, auf deren Erläuterung zur Vereinfachung hier nicht näher eingegangen werden soll, da sie analog arbeiten.
  • Während im Mikrowellenbereich Energiequellen, deren Gesamtenergie die gleiche Frequenz und die gleiche Phase haben, mit ausreichender Leistung zur Verfügung stehen, lassen sich Lichtwellen einer derartigen Gesamtenergie bisher nicht herstellen. Infolgedessen erfolgen auch die durch Lichtenergie angeregten Quantenübergänge nicht gleichphasig. Die Synchronisation der Emission der Atome im Gebiet der Licht- und Wärmewellen kann nun dadurch erfolgen, daß das stimulierbare Festkörpermedium mit für die Zwecke der Verstärkung geeigneten Quantenübergängen, beispielsweise ein Rubin-Einkristall, zu einem Stab zugeschnitten wird, dessen Enden mit hoher Präzision eben geschliffen und mit einer teilweise reflektierenden, teilweise durchlässigen Silberschicht bedeckt sind. Werden die Atome dieses Stabes mittels zugeführter Pumpenergie bis zur Inversion angeregt, so fallen sie nach kurzer Zeit unter Aussendung von allen möglichen inkohärenten Wellen in ihren Ruhestand zurück. Einige Wellen jedoch, die längs der Achse des Kristalls laufen, treffen auf die reflektierenden Endflächen und laufen wieder zurück. Sie lösen auf dem Rückweg in den angeregten Atomen, die sie durchqueren, weitere Wellen derselben Frequenz und auch Phase aus, so daß ein sich verstärkender Wellenzug entsteht, der von der gegenüberliegenden Silberschicht teils durchgelassen, teils zurückgeworfen wird und sich bei laufender Zuführung von Pumpenenergie weiter verstärkt. Bei richtiger Ausführung der reflektierenden Wände entsteht eine stehende Welle, die bei ausreichender Pumpleistung durch die lichtdurchlässigen Wände Energie nach außen abgeben kann. Die auf diese Weise entstehenden Wellen sind stark gebündelt, da nur die Energie, die genau längs der Festkörperachse läuft, eine Aussicht auf senkrechte Reflexion an den Enden und damit auf Verstärkung hat. Neben den in Achsrichtung des Stabes angeregten Lichtwellen von Signalfrequenz werden auch noch viele weitere Lichtwellen durch Streuung oder Beugung an den Endflächen des Stabes angeregt.
  • Zur Übertragung der Pumpenergie von der Lichtquelle zum stimulierbaren Festkörpermedium verwendet man optische Systeme. Diese werden zur Erzielung eines wenigstens einigermaßen tragbaren Wirkungsgrades - bezogen auf die aufgewendete Pumplichtenergie - z. B. so gestaltet, daß die Lichtquellen über ein Spiegelsystem in das stimulierbare Festkörpermedium abgebildet werden. Das stimulierbare Festkörpermedium, das Lasermaterial, hat dabei meist Stabform. Bei einer bekannten Ausführung ist dieses stabförmige Festkörpermedium von einer wendelförmigen Xenonblitzlampe umschlossen, und dieses optische System befindet sich mitsamt dem stabförmigen stimulierbaren Festkörpermedium zentrisch in einem beispielsweise zylindrischen Reflektor mit Kreisquerschnitt. Bei einer anderen Anordnung ist die Pumplichtquelle und das stimulierbare Festkörpermedium örtlich getrennt und in den beiden Brennpunkten eines elliptischen Spiegelsystems derart angeordnet. daß die von dem einen Brennpunkt ausgehende Pumplichtenergie sich wenigstens nahezu vollständig in dem anderen Brennpunkt bzw. in der anderen Brennlinie konzentriert, in der sich das stimulierbare Festkörpermedium befindet.
  • Weiter gibt es Spiegelsysteme, die, bezogen auf die Lichtquelle und das das Licht wenigstens teilweise absorbierende Festkörpermedium, derart ausgebildet und angeordnet sind, daß zumindest das am wenigstens teilweise absorbierende Festkörpermedium vorbeigehende Licht und vorzugsweise auch das durch das Festkörpermedium hindurchtretende Licht wieder in die Lichtquelle reflektiert wird.
  • Man kann sich diesen Vorgang so erklären, daß das von der Pumplichtquelle stammende Pumplicht in den Bereich des stimulierbaren Festkörpermediums praktisch vollständig gespiegelt wird, unter Vermeidung der sonst vorhandenen Abbildungsfehler, und daß außerdem bei einem optisch nur schwach absorbierenden stimulierbaren Festkörpermedium das Licht mehrmals durch Reflexion das Festkörperrnedium durchdringt, wobei jedesmal ein gewisser Anteil des Lichts in Festkörpermedium absorbiert wird.
  • Geeignete optische Systeme, wie elliptische Zylinder und Rotationsellipsoide sind beispielsweise in der Zeitschrift »Applied Optics«, Bd. 3, Nr. 2, Februar 1.964, S. 259 bis 265, ausführlich erläutert.
  • Bekannt ist auch ein optischer Molekularverstärker, dessen stimulierbares Festkörpermedium zum Zwecke der Totalreflexion des eingeschlossenen Lichts in Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts größten Durchmessers, der durch zwei symmetrisch zum größten Durchmesser liegende parallele Ebenen begrenzt ist und bei dem um das Festkörpermedium herum eine Pumplichtquelle und in der Nähe des Festkörpermediums eine Fokussiereinrichtung als Auskopplung angeordnet sind.
  • Bekannt ist weiter ein optischer Molekularverstärker, bei dem das stimulierbare Festkörpermedium in einem inaktiven Festkörpermedium derart eingebettet ist, daß die auf die Oberfläche des äußeren Festkörpermediums anfallende Pumpstrahlung auf das innere stimulierbare Festkörpermedium konzentriert wird.
  • Bei optischen Molekularverstärkern, die das Pumplicht nur schwach absorbieren, ist die für eine Inversion nötige Pumpenergie (»Schwellenenergie«, bei der die Verstärkung gleich Eins ist) proportional dem Volumen. Vorausgesetzt ist dabei, daß die Pumplichtquelle durch ein optisches System in das Festkörpermedium abgebildet wird und daß die Geometrie der Pumplichtquelle nach den Abbildungsgesetzen der Geometrie des stimulierbaren Festkörpermediums angepaßt ist. Praktisch bedeutet dies, daß die Lichtquelle etwa gleiche Form und Größe wie das zu pumpende stimulierbare Festkörpermedium haben muß.
  • Durch Verkleinerung des Volumens des stimulierbaren Festkörpermediums läßt sich also grundsätzlich die Pumpenergie beliebig herabsetzen. Dabei ist dreierlei zu beachten.
  • Es ist von vornherein nicht selbstverständlich, daß eine für Schwingungseinsatz ausreichende Molekularverstärkung in einem beliebig kurzen Festkörpermedium auftritt. Die Länge des optischen Molekularverstärkers in der Fortpflanzungsrichtung der Lichtquelle kann nicht beliebig klein sein, da ja die Verstärkung exponentiell mit der Länge zunimmt. Die Verstärkung pro Durchgang muß die Spiegelverluste an den Enden überwiegen.
  • Es ist technisch sehr schwierig, ein stimulierbares Festkörpermedium der Größenordnung 1 - 1 - 1 mm; stabil so zu halten, daß seine Oberfläche dem Pumplicht freien Zutritt gewährt und daß es gleichzeitig wirksam gekühlt werden kann.
  • Die Aufgabe besteht nun darin, trotzdem einen optischen Molekularverstärker zu realisieren, der mit wenig Pumpenergie arbeitet.
  • Diese Aufgabe wird bei einem optischen Molekularverstärker mit einem stimulierbaren Festkörpermedium innerhalb eines optischen Resonators, einer Auskoppel- und gegebenenfalls auch einer Einkoppelvorrichtung für das Signallicht und einer Pumplichtquelle, die dem Festkörpermedium über ein optisches System die zu seiner Besetzungsumkehr erforderliche Pumpenergie zuführt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumplichtquelle nur auf einen relativ kleinen Bereich des nur schwach absorbierenden stimulierbaren Festkörpermediums abgebildet wird, auf den allein die Umkehrung der Besetzungsverteilung beschränkt bleibt.
  • Zwar ist bereits ein optischer Molekularverstärker bekannt, bei dem das Pumplicht nur auf einen Teil des Festkörpermediums einwirkt, jedoch dient dieser der Lösung einer anderen Aufgabe. Indem er neben einer Welle von Signalfrequenz noch eine akustische Welle abgibt, ermöglicht er die Erzeugung von durch die Frequenz der akustischen Welle bestimmten Seitenbändern zur Signalfrequenz.
  • Die Ausdehnung des Abbildungsbereichs im Festkörpermedium ist beim Erfindungsgegenstand durch die Geometrie der Pumplichtquelle bestimmt. Vorteilhaft ist dabei, daß das stimulierbare Festkörpermedium als schmales Band ausgebildet ist und daß der Signallichtstrahl senkrecht zu den Schmalseiten des Bandes verläuft und daß entweder die Schmalseiten des Bandes verspiegelt sind oder daß parallel zu den Schmalseiten des Bandes Reflektoren angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist die Länge des Abbildungsbereiches gleich der Breitseite des Bandes.
  • Diese Anordnung bietet folgende wesentliche Vorteile. Die Halterung des Festkörpermediums kann weit von dem Abbildungsbereich entfernt sein, so daß das Pumplicht ungehindert eindringen kann. Infolge der großen Oberfläche ist eine intensive Kühlung möglich. Im Festkörpermedium kann der günstigste Bereich für die Abbildung ausgesucht werden. Die verspannten Ecken z. B. eines Quaders werden vermieden.
  • Eine günstige Kühlung wird erzielt, wenn das optische System derart ausgebildet und zum stimulierbaren Festkörpermedium angeordnet ist, daß auch während des Betriebes die örtliche Lage des Abbildungsbereichs in dem stimulierbaren Festkörpermedium veränderbar ist. Speziell ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das stimulierbare Festkörpermedium als um seine Achse drehbarer zylindrischer Ring ausgebildet ist, bei dem sich der Abbildungsbereich zwischen zwei jenseits der ebenen Begrenzungsflächen des Rings zur Bildung des Resonators fest gegenüberliegend angeordneten Reflektoren befindet. Die Erfindung sieht weiter vor, daß das stimulierbare Festkörpermedium als dünne zylindrische Scheibe ausgebildet ist und daß gegebenenfalls die Kreisflächen verspiegelt sind. Hier wird ebenfalls ein sehr kleiner Abbildungsbereich ausgeleuchtet. Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Zylinderlinsenwirkung der Scheibe die Beleuchtungsdichte des Abbildungsbereichs erhöht wird.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung sieht vor, daß das stimulierbare Festkörpermedium wenigstens näherungsweise als Kugel ausgebildet ist, deren Oberfläche an zwei diametralen Stellen mechanisch durch Anschleifen einer Ebene oder optisch durch Immersion an die Reflektoren angepaßt ist. Durch die Kugellinsenwirkung findet hier eine besonders starke Erhöhung der Beleuchtungsdichte statt.
  • Eine Weiterführung der Erfindung sieht vor, daß als optisches System ein rotationselliptischer Reflektor vorgesehen ist, wobei dieser Reflektor vorteilhaft aus einem transparenten Material bestehen kann, auf dem dielektrische Schichten angeordnet sind, die selektiv nur die als Pumpfrequenz wirksamen Wellenlängen reflektieren.
  • Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die F i g. 2 zeigt einen Quader aus stimulierbarem Festkörpermedium der Breitseite a und der Schmalseite b. Er ist in einem elliptischen, zylindrischen Re-Rektor 2 so eingebaut, daß die längs einer Brennlinie angeordnete Pumplichtquelle 3 in ihm den zylindrischen Abbildungsbereich 4 ausleuchtet. Der Quader 1 und die Lichtquelle 3 werden an den ebenen Seitenwänden des Reflektors 2 befestigt. Die Schmalseiten 5 und 6 sind verspiegelt. Wird die Anordnung als Oszillator betrieben, so ist die Schmalseite 5 totalreflektierend und die Schmalseite 6 teildurchlässig verspiegelt. Konzentrisch um die Brennlinie des Abbildungsbereichs 4 ist in der an der Schmalseite 6 anliegenden Seitenwand des Reflektors 2 eine Bohrung vorgesehen, durch die der Signallichtstrahl austreten kann. Wird die Anordnung als Verstärker betrieben, so ist auch die Schmalseite 5 teildurchlässig verspiegelt, und der Signallichtstrahl tritt durch eine Bohrung der an ihr anliegenden Seitenwand des Reflektors 2 ein.
  • Von der Pumplichtquelle 3 ausgehend werden die Lichtstrahlen durch den elliptischen Reflektor 2 in den Abbildungsbereich 4 des stimulierbaren Festkörpermediums 1 geworfen. Werden die Atome dieses Abbildungsbereichs mittels der zugeführten Pumpenergie bis zur Inversion angeregt, so fallen sie nach kurzer Zeit unter Aussendung von allen möglichen inkohärenten Wellen in ihren Ruhezustand zurück. Einige Wellen jedoch, die längs der Brennlinie in den Abbildungsbereich laufen, treffen auf die reflektierenden Schmalseiten des Quaders 1 und laufen wieder zurück. Sie lösen auf dem Rückweg in den angeregten Atomen, die sie durchqueren, weitere Wellen derselben Frequenz und Phase aus, so daß ein sich ver- i stärkender Wellenzug entsteht, der von der gegenüberliegenden verspiegelten Schmalseite teils durchgelassen, teils zurückgeworfen wird und sich bei laufender Zuführung von Pumpenergie weiter verstärkt. Es entsteht eine stehende Welle, die bei ausreichen- t der Pumpleistung durch die durchlässigen Wände Energie nach außen abgibt.
  • Die F i g. 3 zeigt eine dünne zylindrische Scheibe 7 aus stimulierbarem Festkörpermedium, die analog zu dem in der F i g. 2 dargestellten optischen Molekularverstärker, z. B. in einem elliptischen optischen System so an Stelle des Quaders eingesetzt werden i kann, daß ihre Symmetrielinie mit der Brennlinie des Reflektors 2 zur Deckung kommt, und daß durch die Pumplichtquelle 3 der Abbildungsbereich 8 ausgeleuchtet wird.
  • Die Wirkungsweise entspricht der des in der F i g. 2 dargestellten optischen Molekularverstärkers. Eine Besonderheit liegt nur darin, daß durch die Zylinderlinsenwirkung der Scheibe die Beleuchtungsdichte des Abbildungsbereichs erhöht wird. Dies ist der Fall, weil die Pumplichtquelle nicht auf die Brennlinie beschränkt, sondern räumlich ausgedehnt ist.
  • Die F i g. 4 zeigt einen rotationselliptischen Hohlspiegel 9, in dessen einem Brennpunkt eine kugelförmige Pumplichtquelle 10, z. B. eine Quecksilberhochdrucklampe in einer Quarzkugel und in dessen anderem Brennpunkt der Mittelpunkt eines kugelförmigen stimulierbaren Festkörpermediums 11 angeordnet ist, in dem sich ein durch die Pumplichtquelle 10 ausgeleuchteter kugelförmiger Abbildungsbereich 12 befindet. Senkrecht zum Brennpunkt 13 hat die Oberfläche der Kugel 11 an den zwei diametralen Stellen angeschliffene verspiegelte Ebenen 14 und 15. Den Schnitt A-B zeigt die F i g. 5 vergrößert.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist sinngemäß die gleiche wie in den vorher gezeigten Ausführungsbeispielen. Hier wurde als optisches System ein rotationselliptischer Hohlspiegel gewählt, der das von der Pumplichtquelle ausgehende Licht in der Gegend des Brennpunktes 13 weitgehend bündelt. Da das stimulierbare Festkörpermedium Kugelform hat und größer als der Abbildungsbereich ist, tritt dabei eine Kugellinsenwirkung auf, die eine Erhöhung der Beleuchtungsdichte bewirkt. Von dem Abbildungsbereich aus bildet sich, wie bereits beschrieben, zwischen den Reflektoren 14 und 15 ein stehender Wellenzug aus, der durch den z. B. teilreflektierenden Reflektor 15 und ein Loch im Hohlspiegel 9 austritt.
  • Die F i g. 6 zeigt einen rotationselliptischen Hohlspiegel 16 mit den Brennpunkten 17 und 18. Links vom Brennpunkt 17 ist längs der Rotationsachse 19 eine stabförmige Pumplichtquelle 20 angeordnet. Rechts vom Brennpunkt 1.8 befindet sich das stimulierbare Festkörpermediurn 21, das die Form eines zylindrischen Ringes hat und das um seine Rotationsachse 22 drehbar ist. Der durch die Pumplichtquelle 20 ausgeleuchtete Abbildungsbereich 23 im stimulierbaren Festkörpermedium verläuft längs der Achse 19. Der Abbildungsbereich 23 bildet mit dem totalreflektierenden Reflektor 24 und dem teildurchlässigen Reflektor 25 einen Resonator. Ein Austrittsloch 26 für den Signallichtstrahl ist rechts im Scheitelbereich vorgesehen.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Das längs der Rotationsachse 19 links vom Brennpunkt 17 erzeugte Pumplicht wird durch den rotationselliptischen Hohlspiegel auf den Teil der Rotationsachse 19 geworfen, der rechts vom Brennpunkt 18 liegt. Dadurch wird der Abbildungsbereich 23 des stimulierbaren zylindrischen Ringes ausgeleuchtet, der zum Zwecke der Kühlung um seine Achse 22 gedreht wird. In dem Abbildungsbereich 23, zwischen den Reflektoren 24 und 25, bildet sich analog, wie bereits beschrieben, ein stehender Wellenzug aus, der teilweise durch den teildurchlässigen Reflektor 25 und die Öffnung austritt. Bei Verstärkerbetrieb wird der zu verstärkende Signallichtstrahl durch eine öffnung 27 vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse 19 in den Hohlspiegel eingeführt und durch einen um 45° zur optischen Achse 19 geneigten zusätzlichen Reflektor 28 durch den hier teildurchlässig ausgeführten Reflektor 24 in den Resonator eingekoppelt.
  • In allen Ausführungsbeispielen sind der übersichtlichkeit halber nicht immer vorgesehene Befestigungsvorrichtungen für die Lichtquellen, das stimulierbare Festkörpermedium und die Resonatorreflektoren, sowie die Stromführung für die Lichtquellen dargestellt. Im Beispiel der F i g. 6 ist auch eine Drehvorrichtung für das stimulierbare Festkörpermedium vorgesehen.
  • In allen Beispielen ist es vorteilhaft, die Rückkopplungsspiegel außerhalb des stimulierbaren Festkörpermediums aufzustellen, da dann auch die Stirnflächen für das Pumplicht durchlässig sind. Einen ähnlichen Vorteil erreicht man mit auf dem Festkörpermedium aufgebrachten Spiegeln, wenn diese für die Pumpstrahlung durchlässig sind, z. B. dielektrische Spiegel.

Claims (13)

  1. Patentansprüche: 1. Optischer Molekularverstärker mit einem stimulierbaren Festkörpermedium innerhalb eines optischen Resonators, einer Auskoppel- und gegebenenfalls auch einer Einkoppelvorrichtung für das Signallicht und einer Pumplichtquelle, die dem Festkörpermedium über ein optisches System die zu seiner Besetzungsumkehr erforderliche Pumpenergie zuführt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Pumplichtquelle (3) nur auf einen relativ kleinen Bereich (4, 8) des nur schwach absorbierenden stimulierbaren Festkörpermediums (1) abgebildet wird, auf den allein die Umkehrung der Besetzungsverstellung beschränkt bleibt.
  2. 2. Molekularverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Festkörpermedium als schmales Band ausgebildet ist.
  3. 3. Molekularverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Molekularverstärker so ausgebildet ist, daß der Signallichtstrahl senkrecht zu den Schmalseiten (5, 6) des Bandes verläuft.
  4. 4. Molekularverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten des Bandes verspiegelt sind.
  5. 5. Molekularverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Schmalseiten des Bandes Reflektoren (5, 6) angeordnet sind.
  6. 6. Molekularverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abbildungsbereich von der einen schmalen Bandseite zur anderen schmalen Bandseite erstreckt.
  7. 7. Molekularverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System derart ausgebildet und zum stimulierbaren Festkörpermedium angeordnet ist, daß auch während des Betriebs die örtliche Lage des Abbildungsbereichs in dem stimulierbaren Festkörpermedium veränderbar ist. B.
  8. Molekularverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Festkörpermedium als um seine Achse drehbarer zylindrischer Ring (1) ausgebildet ist, bei dem sich der Abbildungsbereich zwischen zwei jenseits der Begrenzungsflächen des Rings zur Bildung des Resonators fest gegenüberliegend angeordneten Reflektoren (24, 25) befindet.
  9. 9. Molekularverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Festkörpermedium als dünne zylindrische Scheibe ausgebildet ist.
  10. 10. Molekularverstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisflächen verspiegelt sind.
  11. 11. Molekularverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Festkörpermedium wenigstens näherungsweise als Kugel (11) ausgebildet ist, deren Oberfläche an zwei diametralen Stellen (14, 15) mechanisch durch Anschleifen einer Ebene oder optisch durch Immersion an die Reflektoren angepaßt ist.
  12. 12. Molekularverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als optisches System ein rotationselliptischer Reflektor (9, 16) vorgesehen ist.
  13. 13. Molekularverstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationselliptische Reflektor (9, 16) aus einem transparenten Material besteht, auf dem dielektrische Schichten angeordnet sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1152193B (de) * 1960-10-25 1963-08-01 Western Electric Co Optischer Lichtverstaerker fuer selektive Fluoreszenz
FR1348001A (fr) * 1962-02-23 1964-01-04 Western Electric Co Laser amplificateur
DE1171525B (de) * 1961-07-03 1964-06-04 Western Electric Co Optischer Festkoerper-Lichtverstaerker

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1152193B (de) * 1960-10-25 1963-08-01 Western Electric Co Optischer Lichtverstaerker fuer selektive Fluoreszenz
DE1171525B (de) * 1961-07-03 1964-06-04 Western Electric Co Optischer Festkoerper-Lichtverstaerker
FR1348001A (fr) * 1962-02-23 1964-01-04 Western Electric Co Laser amplificateur

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