DE1292269B

DE1292269B - Optischer Verstaerker oder Sender mit einem durch Licht angeregten stimulierbaren Medium

Info

Publication number: DE1292269B
Application number: DES73981A
Authority: DE
Inventors: Guers; Dr Karl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-05-16
Filing date: 1961-05-16
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3265989A; GB990262A; CH401264A; NL278168A

Description

1 '^n/ "·- 2 ^; ■

Die Erfindung betrifft einen optischen Verstärker in der Figur gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ersicht- oder Sender (Laser) mit einem stimulierbaren Me- '■"; lieh und Lader folgenden Beschreibung erläutert, dium, das durch das Licht aus einer Gasentladung In der Figur ist 1 der als stimulierbares Medium

zur Umkehrung der Besetzungsverteilung angeregt vorgesehene Kristall, z.B. ein Rubin-Kristall. An wird. 5 Stelle von Rubin-Kristallen können jedoch auch

Unter »Licht« ist hier eine jegliche, mit einer Gas- andere, insbesondere Halbleiter-Einkristalle aus Sientladung erzeugbare Strahlung zu verstehen, die für lizium, Germanium oder aus den bekannten A^IUB^V-eine Umkehrung der Besetzungsverteilung in Betracht Verbindungen verwendet werden. Der Kristall 1 ist kommt. in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß er als

Verstärker oder Sender dieser Art sind im angel- ίο optischer Verstärker dient; hierzu sind z. B. in an sächsischen Schrifttum , als »optical-Maser« bzw. sich bekannter Weise seine beiden planparallelen »Laser« bekannt. Sie enthalten z.B. einen Rubin- ; Stirnflächen. 1' und 1" mit einer dünnen, bereits Einkristall als verstärkungsaktives Material, das hier strahlüngsdurchlässigen Metallschicht versehen; die als stimulierbares Medium bezeichnet ist. Wirkungsweise derartiger Verstärker ist bekannt.

Es sind bereits Anordnungen mit einem Rubin- 15 Im Ausführungsbeispiel der Figur ist er gemäß der kristall bekannt, in denen die für die Strahmngsver- Erfindung von einer ringförmigen Gasentladung 2 Stärkung notwendige Umbesetzung der .Tenne für umgeben, deren Strahlung die für die Verstärkung einen Impulsbetrieb erreicht wird. Dabei befindet erwünschte Umbesetzung der Terme im Kristall 1 sich der Kristall in der Achse einer von einem Glas- bewirkt. Vorzugsweise ist der Kristall 1 in der Achse rohr gebildeten Wendel. Im Inneren des Glasrohres 20 dieser ringförmigen Entladung 2 angeordnet, wie in wird kurzzeitig durch Entladung einer Kondensator- der Figur gezeigt ist. Zur Erzeugung und Aufrechtbatterie eine Gasentladung gezündet, die dann schnell erhaltung dieser ringförmigen Gasentladung dient die wieder erlischt. Induktionsspule 3, die in der Figur im Schnitt ge-

Die von der Gasentladung in den Kristall einge- zeigt ist und die z. B. von einem Hochfrequenzprägte Strahlungsenergie bewirkt die für eine Strah- 25 generator 7 mit einer Frequenz von etwa 4 MHz gelungsverstärkung notwendige Umbesetzung der Terme. speist wird.

Dieser Prozeß wird vielfach in Anlehnung an para- Zur Zündung dieser Plasmaentladung 2 kann gemetrische Verstärker als »Pumpen« bezeichnet. maß dem obengenannten älteren Vorschlag der

Ein Impulsbetrieb ist jedoch vielfach unerwünscht; Druck des Gases zunächst so niedrig gehalten weres fehlen aber noch geeignete und genügend starke 30 den, daß ohne besondere Hilfsmittel unter dem EinEnergiequellen für ein kontinuierliches Anregen des fluß der in der Spule 3 fließenden hochfrequenten stimulierbaren Mediums, d. h. für eine kontinuierliche Ströme eine Glimmentladung zündet, worauf dann Bestrahlung des Kristalls.. der Druck langsam unter gleichzeitiger Steigerung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der Temperatur in der Gasentladung gesteigert wird, einen optischen Verstärker oder Sender mit einer 35 bis die Plasmaentladung einsetzt. Statt dessen kann solchen Gasentladungseinrichtung, die geeignet ist aber gegebenenfalls bei Drücken von einigen Torr als Quelle für die Anregungsenergie, die für insbe- das Zünden und Einsetzen der Plasmaentladung auch sondere kontinuierlichen Betrieb notwendig ist, an- ohne vorherige Druckerniedrigung im Gas bewirkt zugeben. werden, indem das Gas ζ. B. durch Spitzenentladun-

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß 40 gen od. dgl. in an sich bekannter Weise ionisiert eine Entladungslampe vorgesehen ist, in der die elek- wird. Das Gas befindet sich in einem den Einkristall 1 trodenlos, mittels induktiv zugeführter Hochfrequenz-¹ . umgebenden Gefäß 4, das einen ringförmigen Querenergie zu betreibende Entladung das stimulierbare schnitt besitzt. Im Innern des Ringes ist der Kristall 1 Medium zylinderringförmig umgibt. angeordnet, und den Ring umschließt außen die In-

Insbesondere ist hier eine einem älteren Vorschlag 45 duktionsspule 3. Statt eines ruhenden Gases strömt gemäße Plasmaentladung in einem Gas, insbesondere in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel in Argon, geeignet, die mittels einer Induktionsspule (s. die Pfeile 4') das Gas, das vorzugsweise aus einem durch ringförmig im Gas fließende Wirbelströme ge- Edelgas, insbesondere Argon, besteht, in Längsrichbildet ist und bei der die Entladung im Gas zunächst tung durch das ringförmige Gefäß. Es wird bei Anbei niedrigerem Druck gezündet und danach der sonäherung an die schon gebildete Plasmaentladung Druck des Gases bei etwa gleichbleibender Hochfre- zunächst erhitzt, nimmt dann beim Durchlaufen des quenzleistung in der Spule auf den Betriebsdruck starken Feldes der Spule 3 an der Plasmaentladung erhöht wird, womit eine Erhöhung der Temperatur teil und verläßt schließlich diese Entladung. Durch und damit der Strahlungsleistung der Plasmaentla- dieses ständige Strömen des Gases durch das Gebiet dung erreichbar ist. 55 der Plasmaentladung 2 kann die Plasmaentladung 2

Die Zündung der Plasmaentladung kann aber auch in einfacher Weise konstant gehalten werden. Doch auf andere Weise erfolgen. Die Plasmaentladung kann die Entladung gemäß der Erfindung auch im kann insbesondere ohne anfängliche Druckverringe- stehenden Gas betrieben werden, rung dadurch eingeleitet werden, daß das Gas bei Die Wandung des Gefäßes 4 besteht aus einem für

relativ geringen Drücken in der Größenordnung von 60 die Strahlung der Plasmaentladung durchlässigen 10 Torr oder darüber, z. B. durch Spitzenentladun- Glas, insbesondere aus Quarz und ist wegen der hogen od. dgl., ionisiert wird; unter dem Einfluß der hen Temperatur in der Umgebung der Plasmaentdas Gas umgebenden Induktionsspule zündet die ladung 2 gekühlt. Hierzu ist das Gefäß 4 innen und Plasmaentladung. Wie Versuche gezeigt haben, kann außen von einem Mantel 5, 6 umgeben, der (s. Pfeile die Spitzenentladung, die die Plasmaentladung ein- 65 mit den Eintrittsöffnungen 5', 5" bzw. 6', 6") von leitet, außerhalb des Entladungsraumes vor sich einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird; sowohl der gehen. Kühlmantel 6 als auch die Kühlflüssigkeit sind für

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus dem die Strahlung der Plasmaentladung gut durchlässig.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Verstärker oder Sender mit einem stimulierbaren Medium, das durch das Licht aus einer Gasentladung zur Umkehr der Besetzungsverteilung angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entladungslampe (4) vorgesehen ist, in der die elektrodenlos, mittels induktiv zugeführter Hochfrequenzenergie zu betreibende Entladung (2) das stimulierbare Medium (1) zylinderringförmig umgibt.

2. Optischer Verstärker oder Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stimulierbares Medium ein Kristall, insbesondere Rubin, vorgesehen ist.

3. Optischer Verstärker oder Sender nach An-Spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Entladungslampe (4) mit der elektrodenlosen Entladung (2) und dem Kristall (1) eine Flüssigkeitskühlung (6) angeordnet ist.

4. Optischer Verstärker oder Sender nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (4) so ausgebildet ist, daß das Gas, in dem die Entladung (2) erzeugt wird, den Entladungsraum der Lampe (4) durchströmen kann (s. die Pfeile 4') und hierbei durch die umgebende Induktionsspule (3) bis zur Plasmaentladung ionisiert wird.

5. Optischer Verstärker oder Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Entladungslampe (4) aus einem für die Strahlung der Plasmaentladung (2) durchlässigen Material, insbesondere Quarz, besteht.

6. Optischer Verstärker oder Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgefäß (6) mit einem Einlaß^') und einem Auslaß (6") für die Kühlflüssigkeit versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen