DE1295741B - Quantenmechanischer Sender (Maser oder Laser) fuer innere Modulation - Google Patents

Quantenmechanischer Sender (Maser oder Laser) fuer innere Modulation

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DE1295741B DES86833A DES0086833A DE1295741B DE 1295741 B DE1295741 B DE 1295741B DE S86833 A DES86833 A DE S86833A DE S0086833 A DES0086833 A DE S0086833A DE 1295741 B DE1295741 B DE 1295741B
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen quantenmechanischen Sender (Maser oder Laser) für innere Modulation nach dem Prinzip der stimulierten Emission verstärkter Strahlung, aus dem nach Anspruch 15 der Patentanmeldung P 12 85 073.6 mittels modulierbarer Beeinflussung der Polarisationsebene der Strahlung (Kerreffekt oder Faradayeffekt) modulierte Strahlung ausgekoppelt werden kann, wobei mit dem Modulationsglied ein als Polarisationsweiche ausgebildetes Auskoppelglied zusammenwirkt, das so ausgebildet und so angeordnet ist, daß es modulierte Strahlung auskoppelt, die im Modulationsglied durch den Effekt der modulierbaren Beeinflussung der Polarisationsebene der in das Modulationsglied eintretenden Strahlung in eine Komponente der aus dem Modulationsglied wieder austretenden Strahlung umgewandelt ist, die senkrecht zu der Polarisationsebene der eingetretenen Strahlung polarisiert ist.
  • In der Hauptpatentanmeldung wurde eine Anordnung beschrieben, bei der sich indem Strahlengang der im Resonator verlaufenden Strahlung ein Modulationsglied befindet, das einen steuerbaren Anteil der im Resonator verlaufenden linear polarisierten Strahlung in senkrecht zu dieser Strahlung polarisierte Strahlung umwandelt und die eine Einrichtung zur Auskopplung der durch die Wirkung des Modulationsgliedes erzeugten Komponente der Strahlung aus dem Resonator enthält. Die steuerbare Umwandlung von linear polarisierter Strahlung in ebensolche, jedoch mit um 90° dagegen verdrehter Polarisationsebene wird durch Ausnutzung der steuerbar doppelbrechenden Wirkung elektrisch oder magnetisch doppelbrechender Substanzen, z. B. eines Kaliumdihydrogenphosphat (KDP)-Einkristalls, der sich in dem Strahlengang der im Resonator verlaufenden Strahlung befindet, erreicht. In entsprechender Weise kann die Umwandlung auch durch Ausnutzung der steuerbaren Faraday-Drehung der Polarisationsebene linear polarisierter Strahlung beim Durchtritt durch Substanzen, die in einem Magnetfeld optisch aktiv werden, erreicht werden. Der Vorteil der Anordnung der Hauptpatentanmeldung ist, daß man bereits mit geringen Steuerleistungen 100 % modulierte Strahlung relativ hoher Intensität aus einem Resonator auskoppeln kann.
  • Die durch die Wirkung des Modulationsgliedes erzeugte Komponente linear polarisierter Strahlung wird gemäß der Hauptpatentanmeldung durch eine erfindungsgemäß vorzusehende Einrichtung aus dem Resonator ausgekoppelt. In der Hauptpatentanmel- ; dung wurde für eine derartige Einrichtung, beispielsweise ein Nicolsches Prisma, vorzugsweise ein solches in abgewandelter Form, oder auch ein Wollaston-oder Rochon-Prisma vorgeschlagen.
  • Weitere Untersuchungen haben gezeigt, daß die im ; folgenden in dieser Zusatzerfindung näher beschriebene Ausführungsform der Anordnung der Hauptpatentanmeldung für gewisse Anwendungsfälle, wie dies nicht ohne weiteres vorauszusehen war, besonders günstig ist. Im Falle eines Senders mit gasförmigem stimulierbarem Medium (Gaslaser), beispielsweise mit einem Helium-Neon-Gemisch, ergibt sich vielfach durch die zusätzliche Einschaltung eines wie oben angeführten Auskoppel-Prismas eine starke Dämpfung des gesamten Resonators, so daß der Sender nur mit Schwierigkeiten betrieben werden kann. Versuche ergaben, daß sich diese Schwierigkeiten dadurch beheben lassen, daß man gemäß der Erfindung der vorliegenden Zusatzerfindung als Auskoppelglied der durch die steuerbare Beeinflussung erzeugten Komponente eine oder mehrere optische Grenzflächen im Strahlengang im Resonator vorgesehen sind, die in einem Winkel, bezogen auf die im Resonator verlaufende Strahlung, mit der Flächennormalen in der Polarisationsebene der im stimulierbaren Medium primär erzeugten Strahlung angeordnet sind.
  • Unter »im stimulierbaren Medium primär erzeugter Strahlung« ist die Strahlung mit der Polarisationsebene zu versehen, die in dem Resonator ohne Einwirkung des Modulationsgliedes auf die Strahlung entsteht.
  • Das von der Grenzfläche im Brewster-Fall reflektierte Licht ist bekanntlich senkrecht zur Einfallsebene zu verstehen, die in dem Resonator ohne Einfallsebene schwingende Komponente einer im Brewster-Winkel auftreffenden Strahlung wird von der Grenzfläche reflektiert. Die optischen Eigenschaften einer im Brewster-Winkel angeordneten Grenzfläche wird in der Erfindung in zweifacher Weise ausgenutzt. Durch das Verschwinden der Reflexionsverluste der in dem Resonator primär erzeugten linear polarisierten Strahlung, die in der Einfallsebene der Strahlung schwingt, werden die durch die erfindungsgemäße Einrichtung verursachten Verluste des Resonators verringert. Durch eine erfindungsgemäß angeordnete Grenzfläche wird aber außerdem erreicht, daß nur solche Strahlung aus dem Resonator ausgekoppelt wird, die durch die Wirkung des Modulationsgliedes, z. B. durch die steuerbar doppelbrechende oder die Polarisationsebene drehende Wirkung- im Modulationsglied erzeugt wird.
  • Die erfindungsgemäß vorzusehende Grenzfläche hat also bezüglich der Polarisation selektive Auskoppeleigenschaften. Auf diese Weise läßt sich z. B. erreichen, daß nur 100 % modulierte kohärente stimulierte Strahlung ausgekoppelt wird.
  • Allgemein ist es zweckmäßig, mehrere derartige Grenzflächen in dem Strahlengang der im Resonator verlaufenden Strahlung anzubringen, da die Reflexion einer einzelnen Grenzfläche abhängig von dem Quotienten der Brechungsindizes der angrenzenden Medien nur etwa 15 % beträgt. Es ist häufig zweckmäßig, die durch die Wirkung des Modulationsgliedes erzeugte Komponente bereits beim ersten Hin-und Her- bzw. Umlauf der Strahlung im Resonator weitgehend vollständig aus dem Resonator herauszureflektieren.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem in der Figur dargestellten und im folgenden näher beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel hervor.
  • 1 ist das stimulierbare Medium, z. B. ein Kristall, etwa ein Rubin oder ein Rohr, das mit einer stimulierbaren Flüssigkeit oder einem stimulierbaren Gas gefüllt ist. In unserem Beispiel ist 1 ein mit einem He-Ne-Gemisch gefülltes Rohr, das durch planparallele, für die Strahlung durchlässige Platten 2, 3 verschlossen ist. Die in 1 erzeugte und verstärkte Strahlung läuft in dem Resonator, der nach Art eines Perot-Fabry-Interferometers durch die Reflexionsanordnung 4 und S gebildet wird, wie 6 angibt, hin und her. 2 und 3 sind erfindungsgemäß im Brewster-Winkel zur Strahlung 6 geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel ist der Winkel zwischen der Strahlungsrichtung und dem Einfallslot der Strahlung. Die Normalen von 2 und 3 liegen in der Zeichenebene, so daß die in dem Resonator primär erzeugte Strahlung bereits durch die Wirkung von 2 und 3 in der Zeichenebene linear polarisiert ist. Die linear polarisierte Strahlung 6 tritt durch das Modulationsglied 8 hindurch. Dieses Modulationsglied 8 ist ein KDP-Kristall. 8 befindet sich in einem Hohlraumresonator 9. 10 ist der Generator, der das Modulationssignal liefert, das mit 11 in 9 eingekoppelt wird. Von der in 8 durch die steuerbar doppelbrechende Wirkung erzeugten Strahlung, die senkrecht zu 6 polarisiert ist und parallel zu 6 verläuft, wird ein Anteil, wie 7 angibt, an 3 aus dem Resonator herausreflektiert. Auch die übrigen Flächen von 2 und 3 reflektieren sowohl auf ihren Innen- als auch auf ihren Außenseiten Anteile der in 8 erzeugten Strahlung. Dies ist jedoch der übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt. Es zeigte sich bei den Untersuchungen, daß, obwohl nur ein Anteil der insgesamt in 8 durch die Wirkung der Modulation erzeugten Strahlung als 7 ausgekoppelt wird, der Strahl 7 offensichtlich wegen der hohen Güte des Resonators relativ intensitätsstark ist. 12 und 13 sind Elektroden, die in an sich bekannter Weise zur Erzeugung einer Gasentladung in dem stimulierbaren Gasgemisch dienen. 14 und 15 sind elektrische Zuleitungen für die vom Generator 16 für die Gasentladung zu liefernde elektrische Energie. An Stelle der Verwendung einer Gasentladung können aber auch andere Maßnahmen zum Pumpen des stimulierbaren Mediums angewendet werden.
  • Bei sehr hohen Modulationsfrequenzen empfiehlt es sich, das Modulationsglied 8, wie in der Figur dargestellt, in einem Hohlraumresonator anzuordnen. Bei niedrigen Modulationsfrequenzen genügt es, 8 in einem zwischen Elektroden herrschenden Modulationsfeld anzuordnen.
  • Verwendet man als stimulierbares Medium z. B. einen Rubin-Kristall, so werden gemäß der Erfindung dessen Endflächen, die von der im Resonator verlaufenden Strahlung durchsetzt werden, so ausgebildet, daß ihre Normalen mit der Richtung der Strahlung einen Winkel gleich dem Brewster-Winkel haben. Es ist jedoch dabei darauf zu achten, daß in denl Falle, in dem der Kristall bereits von sich aus polarisiertes Licht erzeugt, die Endflächen so orientiert werden, daß ihr Lot in der Polarisationsebene der im Kristall erzeugten Strahlung liegt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Quantenmechanischer Sender (Maser oder Laser) für innere Modulation nach dem Prinzip der stimulierten Emission verstärkter Strahlung, aus dem nach Anspruch 15 der Patentanmeldung P 12 85 073.6 mittels modulierbarer Beeinflussung der Polarisationsebene der Strahlung (Kerreffekt oder Faradayeffekt) modulierte Strahlung ausgekoppelt werden kann, wobei mit dem Modulationsglied (8) ein als Polarisationsweiche ausgebildetes Auskoppelglied (3) zusammenwirkt, das so ausgebildet und so angeordnet ist, daß es modulierte Strahlung (7) auskoppelt, die im Modulationsglied durch den Effekt der modulierbaren Beeinflussung der Polarisationsebene der in das Modulationsglied eintretenden Strahlung (6) in eine Komponente der aus dem Modulationsglied wieder austretenden Strahlung umgewandelt ist, die senkrecht zu der Polarisationsebene der eingetretenen Strahlung polarisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Auskoppelglied (3) eine oder mehrere optische Grenzflächen im Strahlengang im Resonator vorgesehen sind, die in einem Winkel gleich dem Brewster-Winkel, bezogen auf die im Resonator verlaufende Strahlung (6), mit der Flächennormalen in der Polarisationsebene der im stimulierbaren Medium primär erzeugten Strahlung angeordnet sind.
  2. 2. Quantenmechanischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzflächen durch planparallele strahlungsdurchlässige Platten gebildet werden.
  3. 3. Quantenmechanischer Sender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzflächen durch die Endflächen des stimulierbaren Kristalls gebildet werden.
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