DE1296286B - Optischer Sender oder Verstaerker - Google Patents

Description

• Bei optischen Sendern oder Verstärkern, die nach dem Prinzip der Resonanzauslösung überbesetzt angeregter Quantenzustände (Stimulation) eines stimulierbaren Mediums arbeiten, ist es häufig erwünscht, die Resonatorgüte für bestimmte schmale Spektralgebiete sehr hoch, für andere oft eng benachbarte Spektralgebiete sehr niedrig zu machen. Zu diesem Zweck eignen sich die als Filter bekannten gefärbten Gläser wegen ihrer verhältnismäßig breiten Absorptions- bzw. Durchlässigkeitsbereiche nicht. Besser geeignet sind Interferenzfilter, die aus einer ungeraden Zahl von auf einer Unterlage aufgebrachten dielektrischen Schichten bestehen. Für viele Fälle sind jedoch auch diese Filter zu breitbandig, da eine ganze Reihe stimulierbarer Medien bekannt ist, deren Fluoreszenzlinien dicht beisammen liegen. Auch besitzen diese Filter eine relativ geringe Durchlässigkeit, was eine starke Dämpfung des Resonators mit sich bringen würde.
• Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Senders oder Verstärkers mit einem stimulierbaren Medium sowie einem optischen Steuerglied innerhalb eines von zwei Spiegeln begrenzten optischen Resonators, dessen Resonatorgüte für eng benachbarte Spektralbereiche stark verschieden ist.
• Gemäß der Erfindung ist zur Auswahl einer von zwei oder mehreren stimulierbaren Fluoreszenzwellenlängen das optische Steuerglied als Polarisations-Interferenzfilter ausgebildet, welches aus zwei Polarisatoren und einem zwischen diesen angeordneten, beispielsweise piezoelektrischen, doppelbrechenden Kristall besteht, wobei die Frequenzauswahl entweder durch Drehen der Polarisatoren von der gekreuzten Stellung in die Parallelstellung oder durch Verändern der Doppelbrechung des doppelbrechenden Kristalls erreicht wird.
• Vorzugsweise weist der doppelbrechende Kristall nur eine optische Achse auf. Das bedeutet, daß nur eine Richtung innerhalb des Kristalls existiert, in welcher keine Doppelbrechung auftritt, und daß in jeder anderen Richtung neben einem außerordentlichen Strahl ein davon verschiedener, ordentlicher Strahl vorhanden ist.
• Durchstrahlt man ein derartiges Polarisations-Interferenzfilter mit einem kontinuierlichen Spektrum, z. B. mit Glühlicht, so besteht das Spektrum des durchtretenden Lichtes bei spektraler Zerlegung aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen, deren spektrale Lage von der Schichtdicke d und der Doppelbrechung -no-nao abhängt. Bei gekreuzten Polarisatoren beträgt die Wellenlänge d", des Durchlässigkeitsminimums m-ter Ordnung und dementsprechend die Wellenlänge A2,. des Durchlässigkeitsmaximums m-ter Ordnung Bei parallelen Polarisatoren sind die Durchlässigkeitsmaxima mit den Durchlässigkeitsminima gerade vertauscht. Durch die Wahl des doppelbrechenden Kristallmaterials und der wirksamen Schichtdicke können die Spektralgebiete maximaler und minimaler Durchlässigkeit beliebig gelegt werden. Abgesehen von Reflexionsverlusten an den Oberflächen, erleidet die Strahlung mit der Wellenlänge eines Durchlässigkeitsmaximums keine Schwächung. Es ist zweckmäßig, die Oberflächen der Polarisatoren und der Kristallplatte für die interessierenden Wellenlängen zu entspiegeln, so daß auch die Reflexionsverluste vermieden werden.
• Um einen Rubinkristall in der R.-Fluoreszenz zu betreiben, muß ein Durchlässigkeitsmaximum auf die Wellenlänge A,2 = 6929 A. und ein Durchlässigkeitsminimum auf die Wellenlänge der nicht gewünschten Ri Fluoreszenz a1= 6943 A fallen. Ist diese Bedingung ungefähr bei gekreuzten Polarisatoren erfüllt, so werden bei Drehung bis zur Parallelstellung der Polarisatoren die Maxima und Minima gerade vertauscht, so daß jetzt die R,-Fluoreszenz verstärkt werden kann. Die doppelbrechende Kristallplatte des Interferenzfilters muß deshalb eine Dicke d von aufweisen. Verwendet man eine Kalkspatplatte mit einer Doppelbrechung von ,u = 0,1684, so muß deren Dicke -1,020 mm betragen, damit der Resonator wahlweise für die Ri oder R.-Fluoreszenz gesperrt ist.
• In Weiterbildung der Erfindung besitzt ein optischer Sender oder Verstärker, der wahlweise mit den Fluoreszenzlinien A.1 oder .4 arbeiten soll, zwischen dem stimulierbaren Medium und mindestens dem einen Spiegel ein Polarisations-Interferenzfilter, dessen Dicke d beträgt, wobei unter ,u die Doppelbrechung no-nao zu verstehen ist.
• Das Umschalten vom Betrieb mit der einen Fluoreszenzwellenlänge auf die andere erfolgt durch Drehung eines Polarisators um den Winkel 90°.
• Der Durchlässigkeitsbereich des Polarisations-Interferenzfilters läßt sich jedoch nicht nur durch die Wahl der Dicke des doppelbrechenden Mediums beeinflussen, sondern auch durch die Temperatur, da die Doppelbrechung ,a. eine Funktion der Temperatur ist.
• Vorteilhafterweise kann als doppelbrechender Kristall ein piezoelektrischer Kristall Verwendung finden, dessen Doppelbrechung durch elektrische Felder steuerbar ist.
• Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Beispiels erläutert.
• Das aus einem Rubinstab 1 bestehende stimulierbare Medium befindet sich in der einen Brennlinie eines elliptischen Zylinderspiegels 2, in dessen anderer Brennlinie eine stabförmige Blitzentladungslampe 3 angeordnet ist. Der Rubinstab liegt in einem durch die beiden Spiegel 4 und 5 begrenzten optischen Resonator. Der eine der Spiegel 4 und 5 ist teildurchlässig.
• Innerhalb des optischen Resonators zwischen dem Spiegel 5 und dem stimulierbaren Medium, ist ein Polarisations-Interferenzfilter angeordnet, das aus zwei als Polarisatoren dienenden Glan-Thomson-Prismen 6 und 7 und einer zwischen diesen angeordneten Platte aus doppelbrechendem Kalkspat 8 besteht. Bei den Glan-Thomson-Prismen handelt es sich um verbesserte Nicolsche Prismen, deren Endflächen senkrecht zur Längsachse liegen. Bei gekreuzten Polarisatoren emittiert der stimulierbare Kristall kohärentes Licht der Wellenlänge A=6929 A. Wird durch Drehung eines Polarisators eine Parallelstellung beider Polarisatoren bewirkt, so ist eine Emission der Wellenlänge A=6943 A zu beobachten.
• Falls ein stimulierbarer Kristall verwendet wird, der polarisiertes Licht emittiert, muß natürlich die Polarisationsrichtung des dem Kristall benachbarten Polarisators mit der Schwingungsrichtung der Fluoreszenzstrahlung übereinstimmen. Eine eventuelle Drehung muß dann am anderen Polarisator erfolgen.
• Dasselbe gilt auch bei einem gasförmigen stimulierbaren Medium mit Brewster-Platten, bei dem zwar zunächst unpolarisierte Strahlung entsteht, die aber durch die Abschlußplatten unter dem Brewster-Winkel polarisiert wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Optischer Sender oder Verstärker mit einem stimulierbaren Medium sowie einem optischen Steuerglied innerhalb eines von zwei Spiegeln begrenzten, optischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl einer von zwei oder mehreren stimulierbaren Fluoreszenzwellenlängen das optische Steuerglied als Polarisations-Interferenzfilter ausgebildet ist, welches aus zwei Polarisatoren (6, 7) und einem zwischen diesen angeordneten, beispielsweise piezoelektrischen, doppelbrechenden Kristall (8) besteht, wobei die Frequenzauswahl entweder durch Drehen der Polarisatoren von der gekreuzten Stellung in die Parallelstellung oder durch Verändern der Doppelbrechung des doppelbrechenden Kristalls erreicht wird.
2. 2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelbrechende Kristall (8) nur eine optische Achse aufweist.
3. 3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (6, 7) aus Glan-Thomson-Prismen bestehen.
4. 4. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 bis 3 mit zwei stimulierbaren Fluoreszenzlinien der Wellenlänge Al und A2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des doppelbrechenden Kristalls (8) beträgt, wobei unter u die Doppelbrechung no-n,0 zu verstehen ist.
5. 5. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Polarisatoren und des doppelbrechenden Kristalls für die zu emittierende Wellenlänge entspiegelt sind.