DE1297248B

DE1297248B - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE1297248B
Application number: DEN24462A
Authority: DE
Inventors: Boelger Bouwe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1963-02-22
Filing date: 1964-02-18
Publication date: 1969-06-12
Also published as: NL289372A; CH428969A; US3614655A; SE302644B; GB1028643A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Die Erfindung gründet sich unter anderem auf den

Verstärker für monochromatische kohärente Strah- Gedanken, daß bei bekannten optischen Sendern die lung mit einem stimulierbaren Medium innerhalb Intensität des austretenden Strahlenbündels gewöhneines optischen Resonators, der von zwei lichtun- lieh nicht die bei der verwendeten Zufuhr von Andurchlässigen Spiegeln begrenzt wird, wobei im 5 regungsenergie maximal erzielbare Intensität ist. Innern des optischen Resonators dem zweiten dieser Die Erfindung gründet sich weiter auf die Erkennt-

Spiegel ein teildurchlässiger Verteilspiegel zugeord- nis, daß ein optischer Sender als eine Art von Genenet ist, der einen spitzen Winkel mit der geometri- rator betrachtet werden kann, der bei richtiger Ansehen optischen Achse bildet. passung der Belastung eine maximale Energieabgabe Derartige optische Sender oder Verstärker, oft io aufweist, und daß eine richtige Anpassung der Beoptische Maser genannt, sind beschrieben in »Applied lastung zum Erzielen einer maximalen Energieabgabe Optics«, Bd. 1, Nr. 1, Januar 1962, S. 46, in »Journal eine einstellbare Belastung erfordert. Die Energieof Applied Physics«, Bd. 33, Nr. 6, Juni 1962, abgabe bei einem optischen Sender setzt sich zusam-S. 2009, und in der deutschen Patentschrift 1167 978, men aus dem austretenden Strahlenbündel und der und sie sind eine Quelle kohärenter Strahlung, die 15 durch Streuung, Absorption, Brechung u. dgl. an oder durch stimulierte Emission in einem stimulierbaren in den Einzelteilen des Senders verlorenen Strahlung. Medium innerhalb eines optischen Resonators erhal- Die Erfindung bezweckt, unter anderem einen opten wird. tischen Sender mit einstellbarer Belastung zu schaf-Ein sich für stimulierte Strahlungsemission eignen- fen, bei dem auf einfache Weise die Intensität des des Medium enthält mindestens zwei Energiestufen, 20 heraustretenden Bündels auf praktisch den Maximalvon denen die höhere Stufe eine größere Besetzung wert einstellbar ist.

als die niedrigere aufweisen kann. Die Energiestufen Gemäß der Erfindung ist ein optischer Sender ein-

können Energiezuständen von Elektronen im Me- gangs erwähnter Art dadurch gekennzeichnet, daß dium entsprechen, und die größere Besetzung der dem Verteilspiegel nach Art eines Interferometers höheren Stufe kann dadurch erzielt werden, daß auf 25 ein weiterer Spiegel als Auskoppelspiegel zugeordnet bekannte physikalische Weise Elektronen in einen ist, der dem optischen Ausgang gegenüberliegt und höheren Energiezustand, z. B. mittels einfallender denjenigen Strahlungsanteil, der, vom ersten Spiegel Strahlung, oder im Falle eines gasförmigen Mediums, kommend, vom Verteilspiegel reflektiert wird, nach z. B. mit Hilfe einer Gasentladung, gebracht werden. dem Verteilspiegel zurückwirft, und daß Mittel zum Diese Anregung wird auch »Pumpen« oder Zufuhr 30 Steuern der optischen Weglänge zwischen dem Vervon »Pumpenergie« genannt. teilspiegel und wenigstens dem Auskoppelspiegel

Unter stimulierter Strahlungsemission wird, wie oder dem zweiten Spiegel des optischen Resonators üblich, die Resonanzauslösung eines Übergangs von vorgesehen sind.

einer höheren Energiestufe auf eine niedrigere Ener- Durch die Regelung der optischen Weglänge zwi-

giestufe unter der Emission von Strahlung und mit- 35 sehen dem Verteilspiegel und wenigstens dem Austels Strahlung (stimulierende Strahlung) einer Wellen- koppelspiegel oder dem zweiten Spiegel des optischen länge verstanden, die dem Energieunterschied zwi- Resonators wird außerdem die Interferenz zwischen sehen den Energiestufen entspricht. Im Gegensatz den heraustretenden Teilen und zwischen den nach dazu bedeutet spontane Emission einen solchen dem ersten Spiegel des optischen Resonators zurück-Übergang unter Emission von Strahlung, der durch 40 kehrenden Teilen eingestellt, oder mit anderen Workeine stimulierende Strahlung ausgelöst wird. Die ten, die Intensitäten des heraustretenden Bündels und durch stimulierte Emission erhaltene Strahlung ist der nach dem ersten Spiegel zurückkehrenden Strahgleichphasig und korreliert mit der stimulierenden lung werden auf diese Weise gesteuert. Dies bedeutet, Strahlung, und sie verstärkt diese stimulierende Strah- daß die Durchlässigkeit des einen Reflektorgliedes, lung, wodurch kohärente Strahlung erhalten wird. 45 bestehend aus dem zweiten Spiegel, dem Verteilspie-Wenn die stimulierende Strahlung durch das Medium gel und dem Auskoppelspiegel, gesteuert wird, was eine lange Strecke zurücklegt mittels zweier reflektie- als eine Steuerung der Belastung des optischen Senrender Glieder, z. B. in Form von ebenen oder ge- ders aufgefaßt werden kann.

krümmten Spiegeln, so daß sich die Strahlung zwi- Es besteht eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen

sehen diesen Reflektoren im Medium hin und her 50 der Durchlässigkeit eines Reflektorgliedes und der bewegen kann, fügt sich dauernd stimulierte Strah- Intensität des heraustretenden Bündels. Bei zunehlung zur stimulierenden Strahlung, während dauernd mender Durchlässigkeit nimmt die Intensität des Strahlung durch einen Reflektor heraustreten kann, heraustretenden Bündels zunächst zu, worauf sie der teilweise durchlässig ist. später wieder abnimmt. Wenn während der Steue-

Unter »durchlässig« wird hier die Durchlässigkeit 55 rung der Belastung die Intensität des heraustretenden für die durch stimulierte Emission erhaltene Strah- Bündels mittels einer Photozelle gemessen wird, kann lung verstanden. die Intensität einfach auf ihren Maximalwert oder

Die stimulierte Emission kann durch von außen auf andere gewünschte Intensitätswerte eingestellt her zugeführte stimulierende Strahlung ausgelöst wer- werden.

den. Die stimulierte Emission kann auch durch Strah- 60 Grundsätzlich bewegt sich im Betrieb Strahlung lung ausgelöst werden, die im Medium durch spon- zwischen dem anderen Reflektorglied, bestehend aus tane Emission entsteht. dem erwähnten ersten Spiegel, und dem einen Re-

Unter einem optischen Sender oder Verstärker flektorglied im optischen Resonator hin und her, wowird, wie üblich, ein Sender oder Verstärker verstan- bei die Reflektorglieder einfach aus bei optischen den, bei dem durch stimulierte Emission Strahlung 65 Sendern üblichen ebenen oder gekrümmten Spiegeln erhalten wird, deren Wellenlänge in dem sichtbaren bestehen können.

Bereich oder in angrenzenden Bereichen, z. B. im Bemerkt wird, daß bei einem optischen Sender die

Bereich der Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung liegt. Verwendung von Spiegeln nach Art eines Interfero-

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meters an sich bekannt ist aus der französischen Pa- gekennzeichnet ist, daß eine Normale zur Stirnfläche, tentschrift 1 306 777. Die Spiegel des Interferometers die zugleich Seitenfläche des lichtdurchlässigen Körbefinden sich jedoch bei dieser bekannten Anord- pers ist und der Seitenfläche, an der der zweite Spienung außerhalb des optischen Resonators, so daß der gel angebracht ist, gegenüberliegt, einen Winkel erfindungsgemäße Effekt nicht auftreten kann. 5 gleich dem Brewster-Winkel mit der optischen Achse Die Energiereflexion des Verteilspiegels kann 50% (zwischen den zwei lichtundurchlässigen Spiegeln) betragen, was bedeutet, daß 50 % der auffallenden bildet und daß eine parallel zu dieser optischen Achse Energie in Form von Strahlung reflektiert werden. In auf besagte Stirnfläche des lichtdurchlässigen Kördiesem Falle kann die Durchlässigkeit des einen Re- pers einfallende Strahlung den lichtdurchlässigen flektorgliedes zwischen dem höchsten Durchlässig- io Körper durch zwei weitere Stirnflächen nur in einer keitsgrad und dem minimalen Durchlässigkeitsgrad Richtung verlassen kann, die einen Winkel gleich durch die Beeinflussung der vorerwähnten optischen dem Brewster-Winkel mit den Normalen zu diesen Weglänge gesteuert werden. Bei einer Durchlässig- Stirnflächen bildet, durch welche die Strahlung aus keit zwischen diesen äußersten Grenzen tritt die dem Körper austreten kann.

maximale Intensität des heraustretenden Bündels ge- 15 Bei einem Medium mit einem Brechungsindex η in wohnlich bei einer Durchlässigkeit auf, die verhält- einem optisch dünneren Medium, z. B. Luft, wird nismäßig nahe vollständiger Undurchlässigkeit liegt. wie üblich unter dem Brewster-Winkel ein Einfalls-Die Energiereflexion des Verteilspiegels beträgt vor- winkel β für auffallende Strahlung verstanden, wobei zugsweise weniger als 50% oder mehr als 50% oder Strahlung mit nur einer Polarisationsrichtung refleksogar weniger als 15% oder mehr als 85%. In die- ao tiert wird und wobei gilt: tgy? = n. sem Falle kann das Reflektorglied nicht vollkommen Da Strahlung mit nur einer Polarisationsrichtung durchlässig sein, so daß die Durchlässigkeit bei der an dem durchlässigen Körper reflektiert wird, kann, gleichen Änderung der optischen Weglänge zwischen wie noch weiter unten im Zusammenhang mit F i g. 5 dem Verteilspiegel und einem Spiegel nur innerhalb auseinandergesetzt wird, Strahlung dieser Polarisaengerer Grenzen beeinflußbar ist, wodurch eine ge- as tionsrichtung praktisch nicht zwischen den Spiegeln 2 nauere Steuerung der Intensität des heraustretenden und 5 hin und her bewegen, so daß sie durch stimu-Bündels möglich ist. Außerdem ist in diesem Falle lierte Emission nicht verstärkt wird und Reflexion die Gefahr des Erlöschens des optischen Senders ver- dieser Strahlung praktisch keine Verluste herbeiführt, ringert, welche Gefahr bei großer Durchlässigkeit Die Mittel zur Beeinflussung der optischen Wegeines Reflektorgliedes während der Steuerung der 30 länge zwischen dem Verteilspiegel und dem zweiten Intensität des heraustretenden Bündels auftritt. Spiegel oder dem Auskoppelspiegel können einfach Es ist besonders vorteilhaft, wenn bei einer Ener- durch Mittel gebildet werden, durch welche ein Spiegiereflexion des Verteilspiegels von weniger als 50% gel verschiebbar ist. Der Spiegel kann z. B. durch Mittel vorgesehen werden, durch welche die optische Einstellschrauben verschoben werden. Die Verschie-Weglänge zwischen dem Verteilspiegel und dem Aus- 35 bung läßt sich jedoch besonders einfach und genau koppelspiegel gesteuert werden kann, und wenn bei mittels eines piezoelektrischen Körpers oder eines einer Energiereflexion des Verteilspiegels von mehr Magnetostriktionskörpers durchführen. Bekanntlich als 50% Mittel vorhanden sind, durch welche die läßt sich eine Abmessung eines piezo-elektrischen optische Weglänge zwischen dem Verteilspiegel und Kristalls durch eine angelegte Spannung ändern und dem zweiten Spiegel des Resonators steuerbar ist. 40 eine Abmessung eines Magnetostriktionskörpers

Im Hinblick auf eine einfache, gedrängte Bauart durch ein magnetisches Feld.

können ein Spiegel des einen Reflektorgliedes und Mit großem Vorteil kann der piezo-elektrische

der Verteilspiegel zu einem Ganzen zusammengebaut Körper oder Magnetostriktionskörper außerdem die

werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mechanische Verbindung zwischen dem durchlässi-

die Spiegel praktisch eben, wobei einer der Spiegel 45 gen Körper und dem verschiebbaren Spiegel herstel-

auf einer Stirnfläche eines durchlässigen Körpers an- len. Eine besonders günstige Bauart ergibt sich dabei

gebracht und der Verteilspiegel in einer Diagonal- mit einem piezo-elektrischen Körper in Form eines

ebene dieses Körpers angeordnet ist und der durch- Zylinders aus piezo-elektrischem Material mit einer

lässige Körper einen viereckigen Querschnitt senk- inneren und äußeren metallisierten Oberfläche, zwi-

recht zur Diagonalebene aufweist. Die Bauart ist be- 50 sehen welchen eine elektrische Spannung angelegt

sonders einfach, wenn eine Normale auf dem Verteil- werden kann, wobei der verschiebbare Spiegel und

spiegel einen Winkel von etwa 45° mit der optischen der durchlässige Körper den Zylinder auf je einer

Achsenlinie zwischen den Reflektorgliedern bildet, Seite verschließen oder mit einem Magnetostriktions-

während der durchlässige Körper einen quadratischen körper in Form eines Zylinders, wobei der verschieb-

Schnitt senkrecht zur Diagonalebene in der Einfalls- 55 bare Spiegel und der durchlässige Körper je den Zy-

ebene des Lichts hat. linder auf einer Seite verschließen, während der Zy-

Wenn der optische Sender ein Feststoffmedium linder von Windungen einer elektrischen Leitung

aufweist, bei dem die stimulierte Strahlungsemission umgeben ist.

in einem festen Körper erzeugt wird, z. B. in einem Der Zylinder kann z. B. durch Kitten oder Klem-

stabförmigen Rubin, kann der lichtdurchlässige Kör- 60 men mit dem durchlässigen Körper und einem Spiegel

per durch ein Endstück des Festkörpermediums ge- verbunden werden.

bildet werden, so daß eine besonders einfache, ge- Der durchlässige Körper kann z. B. aus Glas oder drängte Bauart erhalten wird. Quarz bestehen. Der Körper kann zwei Teile enthal-Um hinderliche Reflexionen zu vermeiden, ist es ten, zwischen denen der Verteilspiegel angeordnet ist. empfehlenswert, den durchlässigen Körper mit Anti- 65 Der Verteilspiegel kann z. B. aus einer metallisierreflexionsschichten zu versehen. Diese Antireflexions- ten Oberfläche eines der beiden Teile bestehen, auf schichten erübrigen sich bei einer anderen bevorzug- dem der andere Teil durch Kitten oder Klemmen beten Ausführungsform, die erfindungsgemäß dadurch festigt ist. Der Verteilspiegel kann auch aus einer in

der optischen Technik für Spiegel üblichen, dielektri- reflexionsschichten versehen sein kann. Ist das stimuschen Schicht bestehen. lierbare Medium ein Feststoff, z. B. ein stabförmiger

Wie vorstehend beschrieben, kann bei einem opti- Rubin mit praktisch parallelen Stirnflächen, so kann sehen Sender nach der Erfindung die Durchlässigkeit der Teil 1 des optischen Resonators durch das Meeines reflektierenden Gliedes und somit die Intensität 5 dium selber gebildet werden. Der Spiegel 2 kann in des heraustretenden Bündels z. B. derart geregelt diesem Falle aus einer metallisierten Stirnfläche des werden, daß das heraustretende Bündel die maximale Rubins bestehen, während auf der gegenüberliegen-Intensität besitzt. Es wird einleuchten, daß durch die den Seite 25 des Rubins eine Antireflexionsschicht Regelung der Durchlässigkeit eines Reflektorgliedes angebracht sein kann. Bei vielen bekannten optischen das heraustretende Bündel auch moduliert werden io Sendern besteht das stimulierbare Medium aus einem kann. stabförmigen Rubin.

Zur Modulation ist es erwünscht, daß schnelle Der ebene Begrenzungsspiegel 5 ist parallel zum

Änderungen der Durchlässigkeit durchgeführt wer- Spiegel 2, und der flache Auskoppelspiegel 4 ist senkden können, zu welchem Zweck eine bevorzugte Aus- recht zu den Begrenzungsspiegeln 2 und 5. Die Spieführungsform der Erfindung das Merkmal hat, daß 15 gel 4 und 5 können aus einer metallisierten Glasdie Mittel zur Beeinflussung der optischen Weglänge platte bestehen.

zwischen dem Verteilspiegel und einem Spiegel einen Der ebene, teildurchlässige Verteilspiegel 3 bildet

elektro-optischen Körper enthalten, der zwischen einen Winkel von 45° mit den Spiegeln 2, 4 und 5. dem Verteilspiegel und einem Spiegel angeordnet ist Der Verteilspiegel 3 kann aus einer einseitig metalli- und der von der zwischen diesen Spiegeln beweg- 20 sierten Glasplatte bestehen. Die andere Seite dieser liehen Strahlung durchlaufen wird, während mittels Glasplatte kann mit einer Antireflexionsschicht verdes elektro-optischen Körpers die betreffende opti- sehen sein. Die Spiegel 2, 3, 4 und 5 müssen senksche Weglänge steuerbar ist. Wie üblich, wird unter recht zur Zeichnungsebene gedacht werden,
einem elektro-optischen Körper ein Körper verstan- Im Betrieb bewegt sich die Strahlung zwischen den

den, dessen Brechungsindex durch die Anlage einer 35 Spiegeln 2 und (3, 4, S) durch den optischen Resona-Spannung veränderlich ist. tor hin und her. Mit 8 ist die optische Achse des

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Aus- Lichtweges durch das stimulierbare Medium 1 beführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. zeichnet. Der Winkel zwischen der optischen Achse 8 Fig. 1 bis 5 zeigen schematisch und in einem und der Normalen 9 zum Spiegel 3 beträgt 45°. Die Schnitt verschiedene Ausführungsformen eines opti- 30 Strahlung 12 von dem Spiegel 2 trifft den Verteilschen Senders nach der Erfindung; spiegel 3, wobei diese Strahlung in ein reflektiertes

F i g. 6 und 7 zeigen schematisch und in einem Bündel 13 und ein durchgehendes Bündel 14 aufge-Schnitt Ausführungsformen eines Reflektorgliedes teilt wird. Die Bündel 13 und 14 werden von dem nach der Erfindung; Auskoppelspiegel 4 bzw. dem Spiegel 5 nach dem

F i g. 8 zeigt schematisch in einem Schnitt ein total- 35 Verteilspiegel 3 zurückgestrahlt. Nach Reflexion an reflektierendes Dachkantprisma. den Spiegeln 4 und 5 sind die Bündel mit IS bzw. 16

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Beispiel bezeichnet. Die Bündel 15 und 16 werden von dem eines optischen Senders nach der Erfindung enthält Verteilspiegel 3 wiederum jeweils in zwei Teile aufin einem optischen Resonator 1 ein stimulierbares geteilt. Das Bündel 15 in den durchgehenden Teil 18 Medium, in dem stimulierte Strahlungsemission er- 40 und den reflektierenden Teil 17 und das Bündel 16 zeugt werden kann. Das Medium kann durch jedes in den reflektierenden Teil 20 und den durchgehenbei optischen Sendern übliche stimulierbare Medium den Teil 19. Die Teile 18 und 20 bilden das herausgebildet werden. Das stimulierbare Medium 1 ist auf tretende Bündel, während die Teile 17 und 19 nach einer Stirnseite von einem Reflektorglied hier in dem Spiegel 2 zurückkehren und die stimulierte Form eines ebenen Spiegels 2 begrenzt. 45 Emission im stimulierbaren Medium dadurch weiter

Die Erfindung betrifft den dem Reflektorglied 2 anfachen, daß sie nochmals verstärkt werden. Nach Regegenüberliegenden Teil des optischen Resonators, flexion am Spiegel 2 wiederholt sich dieser Vorgang, der durch drei Spiegel 3, 4 und 5 begrenzt wird. Die Strahlung 12 bewegt sich in einer Richtung,

Zwischen den Reflektorgliedern 2 und (3, 4, 5) die zum ebenen Spiegel 2 praktisch senkrecht ist, und muß Strahlung hin und her beweglich sein, zu wel- 50 nur in diesem Falle ist diese Wiederholung und somit chem Zweck der optische Resonator 1 auf der Seite das Aufrechterhalten der stimulierten Emission mög-25 durchlässig sein muß. lieh. (Die Bündel 13, 15, 14 und 16 sind in diesem

Die Anregungsenergie kann z. B. durch einfallende Falle zu den Spiegeln 4 bzw. 5 praktisch senkrecht.) Strahlung dem stimulierbaren Medium zugeführt wer- Die Strahlung 26, die sich in einer anderen Richtung den, zu welchem Zweck die Seitenwände des stimu- 55 bewegt, kann durch stimulierte Emission keine hohe lierbaren Mediums durchlässig sein müssen, oder im Intensität erhalten und geht nach der einen oder an-Falle eines gasförmigen Mediums, z.B. eines Helium- deren Reflexion an einem oder an mehreren Spiegeln Neon-Gemisches, kann diese Energie durch eine Gas- verloren.

entladung im Medium geliefert werden, zu welchem Die Bündel 13, 15 und 14, 16 sind deutlichkeits-

Zweck geeignete Elektroden vorhanden sein müssen. 60 halber einander gegenüber verschoben dargestellt. Es Die Quellen der Anregungsenergie sind für die Erfin- wird einleuchten, daß tatsächlich die Bündel 13, 15 dung unwesentlich und in den Figuren nicht darge- und 14, 16 zusammenfallen ähnlich wie die Bündel stellt. 18, 20 und 12, 17 und 19, so daß die Sachlage tat-

Das stimulierbare Medium 1 kann z. B. durch ein sächlich die nach F i g. 2 ist.

Glasrohr begrenzt werden, das einerseits stirnseitig 65 Der Phasenunterschied zwischen den Teilen 18 durch den Spiegel 2 in Form einer metallisierten und 20 läßt sich durch Verschiebung des Auskoppel-Glasplatte und das auf der anderen Seite 25 durch spiegeis 4 in Richtung der Bündel 13 und 15 durch eine Glasplatte verschlossen wird, die mit Anti- die schematisch dargestellten Mittel 22 steuern.

Die Mittel 22 können aus einem Schlitten bestehen, sehen Medien lassen sich benutzen, da bei diesen Meüber den der Auskoppelspiegel 4 durch einen Satz dien die Intensität / den Maximalwert für einen Wert von Mikrometerschrauben verschiebbar ist. Vorzugs- von D von weniger als 36% annimmt,
weise enthalten die Mittel jedoch einen piezo-elek- Beträgt die Energiereflexion des Verteilspiegels 3

irischen Kristall, von dem auf an sich bekannte Weise 5 mehr als 50 %, so wird während der Steuerung von D eine Abmessung durch ein elektrisches Feld verän- vorzugsweise der Spiegel 5 statt des Auskoppelspiederlich ist. Der Spiegel ist mit dem piezo-elektrischen gels 4 verschoben, da auf diese Weise bessere ReKristall verbunden, und eine Abmessung des Kristalls sultate erzielt werden. Die Abstimmittel 22 sind dann ist in Richtung der Bündel 13 und 15 veränderlich. mit dem Spiegel 5 verbunden.

Durch die Beeinflussung des Phasenunterschieds io F i g. 3 zeigt einen optischen Sender nach der Erzwischen den Strahlen 18 und 20 wird die Inter- findung, dessen Bauart einfach und gedrängt ist, woferenz zwischen diesen Strahlen gesteuert, die sich bei der Spiegel 5 und der Verteilspiegel 3 als Flächen gegenseitig schwächen oder verstärken können. Dies eines durchlässigen Körpers 30 z. B. aus Glas oder bedeutet, daß die Intensität des heraustretenden Bün- Quarz eine bauliche Einheit bilden,
dels (18, 20) gesteuert wird. Diese Beeinflussung be- 15 Der Spiegel 5 ist auf einer Seitenfläche des lichtgleitet eine Beeinflussung der Intensität des zurück- durchlässigen Körpers 30 angebracht, und der Verkehrenden Bündels (17,19). teilspiegel 3 ist längs einer Diagonalebene des Körist die Intensität des Bündels 12 in einem bestimm- pers 30 angeordnet. Der Körper 30 hat einen quaten Augenblick v4, so kann die Intensität/ des her- dratischen Querschnitt in der Zeichenebene senkrecht austretenden Bündels (18, 20) durch: ao zur Diagonalebene, in welcher der Verteilspiegel 3 / = 2 · A · R (I — R) · (1 — cos ) angeordnet ist. Der Spiegel 5 ist z. B. eine metalli- ^ ' *■ ^φ> sierte Oberfläche des Körpers 30. Der lichtdurchläsangegeben werden und die Intensität/, des zurück- sige Körper 30 besteht aus zwei Teilen 31 und 32. kehrenden Bündels (17, 19) kann wie folgt angedeu- Der Verteilspiegel 3 besteht z. B. aus einer metallitet werden: 35 sierten Oberfläche des Teiles 31, auf dem der Teil j = A(I — 2' R)(\ — R)(I — cos m) ^ durch Kitten oder Klemmen befestigt ist. Der Ver-' teilspiegel 3 kann z. B. auch aus einem engen Luftwobei φ den Phasenunterschied zwischen den Tei- spalt zwischen den Teilen 31 und 32 bestehen. Dieser len 18 und 20 und R die Energiereflexion des Ver- Spalt kann z. B. eine Stärke von etwa einer halben teilspiegels 3 bezeichnen. 30 Wellenlänge der aus dem stimulierbaren Medium 1 Die Durchlässigkeit D der Spiegel (3, 4, 5) kann stammenden Strahlung haben.

durch Die Stirnflächen 33, 34 und 35 des Körpers 30 sind

D = 2 · R · (1 — R) (1 — cos φ) vorzugsweise mit Antireflexionsschichten versehen.

Zwischen dem Auskoppelspiegel 4 und dem lichtangedeutet werden, so daß für / geschrieben werden 35 durchlässigen Körper 30 ist ein piezo-elektrischer kann: Körper, hier in Form eines Hohlzylinders 36, ange-

I = D-A. ordnet, der die mechanische Verbindung zwischen

dem lichtdurchlässigen Körper 30 und dem Auskop-

D kann den Maximalwert annehmen, wenn die pelspiegel4 herstellt. Der Körper 30 und der Aus-Energiereflexion des Verteilspiegels 50 %> beträgt 40 koppelspiegel 4 sind z. B. durch Kitten am Hohl- (R = Vi), während cos φ— —1 ist. Dann ist D = 1, zylinder 36 befestigt und verschließen diesen Hohlwas bedeutet, daß die Spiegel (3, 4, 5) ganz durch- zylinder auf beiden Seiten.

lässig sind. / ist jedoch in diesem Falle nicht maxi- Der Hohlzylinder 36 hat eine auf der äußeren

mal, da A auch von D abhängig ist, und für D = I Mantelfläche und auf der inneren Mantelfläche meist Ij gleich Null, so daß keine stimulierte Emission 45 tallisierte Oberfläche 37 bzw. 38, welche durch die mehr möglich und A gleich Null ist. Dies bedeutet, Zufuhrleitungen 39 bzw. 40 mit einer schematisch daß bei D=I, /gleich Null wird (Löschung des opti- dargestellten Spannungsquelle 41 verbunden sind, sehen Senders). Durch Steuerung der Spannung zwischen den metalli-

Bei welchem Wert von D die Intensität / des her- sierten Oberflächen 37 und 38 mittels der Spannungsaustretenden Bündels maximal ist, muß für jeden 50 quelle 41 kann die Länge des Hohlzylinders 36 ge-FaIl experimentell bestimmt werden, indem / z. B. steuert werden, so daß der Abstand zwischen dem mittels einer Photozelle gemessen wird, während φ Körper 30 und dem Auskoppelspiegel 4 einstelldurch Verschiebung des Spiegels 4 gesteuert wird. bar ist.

Vorzugsweise ist die Energiereflexion des Verteil- Der Hohlzylinder 36 kann z. B. aus Bariumtitanat

spiegeis 3 kleiner oder größer als 5O°/o (R < Vs oder 55 bestehen, und die inneren und äußeren Mantelflächen R > V2) oder sogar kleiner als 15% oder größer als sind z. B. mit Gold überzogen.
85%. Die Spiegel (3, 4) und (5) können dabei nicht Bei dieser Ausführungsform sind die drei Spiegel 3,

vollkommen durchlässig sein, so daß D sich nur zwi- 4 und 5 zu einem einfachen, gedrängten, bequem sehen engeren Grenzen bei der gleichen Verschie- hantierbaren Ganzen zusammengebaut,
bung des Spiegels 4 steuern läßt (d. h. bei Steuerung 60 Der lichtdurchlässige Körper 30 kann auf der Seite von cos φ zwischen — 1 und +1). Dabei ist eine ge- 25 des stimulierbaren Mediums 1 den optischen Renaue Steuerung von / möglich. Außerdem wird die sonator abschließen.

Möglichkeit einer Löschung des optischen Senders Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Bauart eines opti-

während dieser Steuerung wenigstens verringert. sehen Feststoffsenders nach der Erfindung, wobei

Die Energiereflexion des Verteilspiegels 3 beträgt 65 stimulierte Emission in einem festen stimulierbaren z. B. 10% (R=¹Ao). In diesem Falle ist D maximal Medium 1 erzeugt wird. Das stimulierbare Medium 1 gleich 0,36 oder 36%. Dabei läßt sich die Intensität/ ist z. B. ein stabförmiger Rubin mit einem quadratigenau steuern, und praktisch alle bekannten opti- sehen Querschnitt. Der lichtdurchlässige Körper 30

Claims

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wird dabei durch ein Endstück des stabförmigen Für Modulationszwecke wird die optische Weg-Rubins 1 selber gebildet. Im übrigen ist dieser op- länge zwischen dem Verteilspiegel 3 und dem Austische Sender gleich dem nach F i g. 3 aufgebaut. Es koppelspiegel 4 vorzugsweise mittels eines elektrosei bemerkt, daß die im Rubin 1 vorhandene Dotie- optischen Kristalls 80 (s. F i g. 6) gesteuert. Indem rung an Chromionen, welche stimulierte Emission 5 eine Spannung an einem Körper aus elektro-optiermöglichen, sich vorzugsweise nicht in dem erwähn- schem Material angelegt wird, ändert sich der Breten Endstück befinden. chungsindex dieses Materials, wodurch die optische

Es ist empfehlenswert, die Stirnflächen 33, 34 und Weglänge durch dieses Material geändert wird. Der

35 des lichtdurchlässigen Körpers 30 (s. die F i g. 3 Kristall 80 kann z. B. aus KH₂PO₄ bestehen, in der

und 4) mit Antireflexionsschichten zu versehen, um io Literatur als »KDP« bekannt. Der Körper ist auf

hinderliche Reflexionen zu vermeiden. zwei einander gegenüberliegenden Stirnflächen mit

F i g. 5 zeigt einen optischen Sender nach der Er- Zinnoxydschichten 81 als flächenhafte Elektroden

findung mit einem lichtdurchlässigen Körper 50, des- versehen, die elektrisch leitend und lichtdurchlässig

sen Gestalt die Verwendung von Antireflexions- sind. Durch Silberpaste 82 sind die Zufuhrleitungen

schichten erübrigt. Der Begrenzungsspiegel 5 ist auf 15 83 mit den Schichtelektroden 81 verbunden. Die Zu-

einer Seitenfläche des Körpers 50 angebracht. Der fuhrleitungen 83 schließen sich an eine steuerbare

Körper 50 besteht aus zwei Teilen 51 und 52, zwi- Spannungsquelle 84 an. Mittels dieser Vorrichtung

sehen denen der Verteilspiegel 3 angeordnet ist, der können Modulationsfrequenzen von z. B. etwa

sich längs einer Diagonalebene des Körpers 50 er- 20 000 MHz erzielt werden, was mit Hilfe von einem

streckt. Der Körper 50 hat einen rechteckigen Quer- 20 piezo-elektrischen Körper praktisch unmöglich ist.

schnitt in einer Ebene senkrecht zu dieser Diagonal- F i g. 7 zeigt den elektro-optischen Körper 80 zwi-

ebene und zur Zeichenebene. sehen einem lichtdurchlässigen Körper 86 und dem

Die Normale 53 zur Stirnfläche 54, die dem Spie- Auskoppelspiegel 4. Der lichtdurchlässige Körper 86, gel5 gegenüberliegt, schließt einen Winkel/? gleich der elektro-optische Körper 80 und der Spiegel 4 dem Brewster-Winkel mit der optischen Achse 8, die as können durch Kitten oder Klemmen aneinander besenkrecht zur Spiegelfläche 2 verläuft, ein. (Die op- festigt sein.

tische Achsenlinie 8 deckt sich hier mit dem darge- Es wird einleuchten, daß die Erfindung sich nicht

stellten Lichtstrahl 12.) Ist der Brechungsindex des auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt

Materials des Körpers 50 n, so gilt: und daß innerhalb des Rahmens der Erfindung dem

30 Fachmann viele Abarten zur Verfügung stehen. Es

tgß = n. können z. B. statt der ebenen Spiegel2, 4 und 5 die

bei optischen Sendern oft üblichen gekrümmten Spie-

Von dem auf die Stirnfläche 54 fallenden Strahl gel oder total reflektierenden Dachkantprismen be-

12 wird nur die Strahlung 55 mit einer einzigen PoIa- nutzt werden. Das total reflektierende Dachkant-

risationsrichtung reflektiert. Diese Strahlung 55 kann 35 prisma ist in F i g. 8 deutlichkeitshalber im Schnitt

nicht in den Raum 1 zurückkehren, so daß Strahlung dargestellt. Der Spitzenwinkel B der brechenden

mit dieser Polarisationsrichtung nicht durch stimu- Kante beträgt etwa 90°. Die Spiegel brauchen im

lierte Emission verstärkt wird und somit praktisch übrigen nicht aus einer metallisierten Oberfläche

keine Verluste ergibt. eines Körpers aus z. B. Glas zu bestehen. In der opti-

Die in den Körper 50 eintretende Strahlung 121 40 sehen Technik werden häufig Spiegel verwendet, die trifft unter einem Winkel von 45° den Verteilerspie- aus einer auf einem Träger z.B. aus Glas angebrachgel 3, und ein durchgehender Teil 14 dieser Strahlung ten dielektrischen Schicht bestehen. Bei diesen Spietrifft den Begrenzungsspiegel 5 praktisch senkrecht geln tritt sehr wenig Absorption der einfallenden und kehrt nach dem Verteilspiegel 3 zurück (Strah- Strahlung auf, und solche Spiegel lassen sich vorteillung 16) und wird in einen heraustretenden Teilstrahl 45 haft in einem optischen Sender nach der Erfindung 20 und einen zurückkehrenden Teilstrahl 19 aufge- verwenden. Weiter können der piezo-elektrische und teilt. Die Stirnfläche 60 des Körpers 50 ist zur Stirn- der elektro-optische Körper aus anderen, üblichen fläche 54 senkrecht, so daß die heraustretende Strah- piezo-elektrischen bzw. elektro-optischen Materialien lung 20 den Brewster-Winkel β mit der Normalen 62 als die erwähnten, bestehen. Die optische Weglänge zur Stirnfläche 60 bildet, wodurch an dieser Stirn- 50 zwischen dem Verteilspiegel und einem der übrigen fläche 60 praktisch keine hinderlichen Reflexionen den optischen Resonator begrenzenden Spiegel läßt auftreten. sich auch mittels eines Körpers regeln, der Magneto-

Der am Verteilspiegel 3 reflektierte Teil 13 der striktion aufweist, d. h. Ausdehnung oder Schrump-Strahlung 121 wird von dem Auskoppelspiegel 4 fung unter der Wirkung eines Magnetfeldes. Es kann nach dem Verteilspiegel 3 zurückgestrahlt (Strah- 55 z.B. der Hohlzylinder36 nach Fig. 3 durch einen lung 15) und in einen heraustretenden Teilstrahl 18 Hohlzylinder z. B. aus Nickel ersetzt werden, der und einen zurückkehrenden Teilstrahl 17 aufgeteilt. von Windungen einer Leitung umgeben wird. Wenn Die Stirnfläche 61 ist ebenfalls senkrecht zur Stirn- ein elektrischer Strom durch die Windungen geführt fläche 54, wodurch die Teilstrahlen 13 und 15 zwi- wird, entsteht innerhalb der Windungen ein Magnetschen der Stirnfläche 61 und dem Auskoppelspiegel 4 60 feld, durch welches die Länge des Hohlzylinders sich den Brewster-Winkel β mit der Normalen 63 zur ändert, weiter können die optischen Weglängen zwi-Stirnfläche 61 bilden, so daß auch an dieser Stirn- sehen dem Verteilspiegel und den damit zusammenfläche praktisch keine hinderlichen Reflexionen auf- arbeitenden Spiegeln beide einstellbar sein,
treten. _p ...

Der Zylinder 36 aus piezo-elektrischem Material 65 Patentansprüche:

hat in diesem Falle eine Gestalt, die entsprechend 1. Optischer Sender oder Verstärker für mono-

dem spitzen Winkel zwischen der Stirnfläche 61 und chromatische kohärente Strahlung mit einem

dem Auskoppelspiegel 4 gewählt ist. stimulierbaren Medium innerhalb eines optischen

Resonators, der von zwei lichtundurchlässigen Spiegeln begrenzt wird, wobei im Innern des optischen Resonators dem zweiten dieser Spiegel ein teildurchlässiger Verteilspiegel zugeordnet ist, der einen spitzen Winkel mit der geometrischen Achse bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verteilspiegel (3) nach Art eines Interferometers ein weiterer Spiegel (4) als Auskoppelspiegel zugeordnet ist, der dem optischen Ausgang gegenüberliegt und denjenigen Strahlungsanteil (13), der, vom ersten Spiegel (2) kommend, vom Verteilspiegel (3) reflektiert wird, nach dem Verteilspiegel (3) zurückwirft, und daß Mittel zum Steuern der optischen Weglänge zwischen dem Verteilspiegel (3) und wenigstens dem Auskoppelspiegel (4) oder dem zweiten Spiegel (5) des optischen Resonators vorgesehen sind.
2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsgrad des Verteilspiegels weniger als 50 «/0 beträgt.
3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsgrad des Verteilspiegels weniger als 15% beträgt.
4. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Steuerung der optischen Bahnlänge zwischen dem Verteilspiegel (3) und dem Auskoppelspiegel (4) vorhanden sind.
5. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsgrad des Verteilspiegels mehr als 50% beträgt.
6. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsgrad des Verteilspiegels mehr als 50% beträgt.
7. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Steuerung der optischen Weglänge zwischen dem Verteilspiegel (3) und dem zweiten Spiegel (5) vorhanden sind.
8. Optischer Sender oder Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppelspiegel (4) und der zweite Spiegel (5) praktisch ebene Spiegel sind und daß einer dieser Spiegel auf einer Stirnfläche eines lichtdurchlässigen Körpers (30) angebracht ist und der Verteilspiegel (3) in einer Diagonalebene dieses Körpers angeordnet ist, wobei der lichtdurchlässige Körper einen viereckigen Querschnitt senkrecht zur Diagonalebene in der Einfallsebene des Lichts hat.
9. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Normale zum Verteilspiegel einen Winkel von 45° mit der optischen Achse (8) zwischen den zwei lichtundurchlässigen Spiegeln (2,5) bildet und daß der lichtdurchlässige Körper (30) einen quadratischen Querschnitt senkrecht zur Diagonalebene in der Einfallsebene des Lichts hat.
10. Optischer Sender oder Verstärker mit einem stimulierbaren Festkörpermedium nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Körper (30) durch ein Endstück des Festkörpermediums (1) gebildet wird.
11. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Normale (53) zur Stirnfläche (54), die zugleich Seitenfläche des lichtdurchlässigen Körpers (50) ist und der Seitenfläche, an der der zweite Spiegel (5) angebracht ist, gegenüberliegt, einen Winkel (ß) gleich dem Brewster-Winkel mit der optischen Achse (8) [zwischen den zwei lichtundurchlässigen Spiegeln (2, 5)] bildet und daß eine parallel zu dieser optischen Achse (8) auf besagte Stirnfläche (54) des lichtdurchlässigen Körpers einfallende Strahlung (12) den lichtdurchlässigen Körper durch zwei weitere Stirnflächen (60, 61) nur in einer Richtung verlassen kann, die einen Winkel (ß) gleich dem Brewster-Winkel mit den Normalen (62, 63) zu diesen Stirnflächen bildet, durch welche die Strahlung (18,20,13) aus dem Körper austreten kann.
12. Optischer Sender oder Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der optischen Weglänge zwischen dem Verteilspiegel (3) und dem zweiten Spiegel (5) oder dem Auskoppelspiegel (4) aus Gliedern (36, 37, 38) bestehen, durch welche einer dieser letzten beiden Spiegel verschoben werden kann.
13. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen piezoelektrischen Körper (36) enthalten.
14. Optischer Sender oder Verstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo-elektrische Körper (36) eine mechanische Verbindung zwischen dem lichtdurchlässigen Körper (30) und dem verschiebbaren Spiegel (4) herstellt.
15. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo-elektrische Körper (36) ein Hohlzylinder aus piezo-elektrischem Material ist, von dem die inneren und die äußeren Mantelflächen metallisiert sind, zwischen denen eine elektrische Spannung gelegt werden kann und daß der verschiebbare Spiegel (4) und der lichtdurchlässige Körper (30) den Hohlzylinder auf je einer Seite verschließen.
16. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen Körper (36) enthalten, der Magnetostriktion aufweist.
17. Optischer Sender oder Verstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11 und nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetostriktion aufweisende Körper (36) eine mechanische Verbindung zwischen dem lichtdurchlässigen Körper (30) und dem verschiebbaren Spiegel (4) herstellt.
18. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetostriktion aufweisende Körper (36) ein Hohlzylinder ist und daß der verschiebbare Spiegel (4) und der lichtdurchlässigge Körper (30) den Hohlzylinder auf je einer Seite verschließen und daß der Hohlzylinder von Windungen einer Leitung umgeben ist.
19. Optischer Sender oder Verstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der optischen Weglänge zwischen dem Verteilspiegel (3) und dem zweiten Spiegel (5) oder dem Auskoppelspiegel (4) einen elektrooptischen Körper vorsehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen