DE1298212B - Anordnung zum Auslenken und zur Intensitaetssteuerung des kohaerenten Strahls eines optischen Senders mit konjugiertem Strahlenverlauf - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlen aufgebracht werden. Diese treffen Anordnung zum Auslenken und zur Intensitätssteue- unter einer vorgegebenen Richtung auf, wobei am rung des kohärenten Strahls eines optischen Senders jeweiligen Ort des Auftretens des Elektronenstrahls mit konjugiertem Strahlenverlauf. eine Emission des stimulierten Lichts entlang einer

Bekannt wurden bereits mit rotierenden Spiegel- 5 durch den Auftreffpunkt und das Symmetriezentrum systemen arbeitende Vorrichtungen zum Steuern des des optischen Resonators definierten Achse ausgelöst Lichtstrahls eines optischen Senders, ebenfalls Steuer- wird. Das Auflösungsvermögen des stimulierten Lichtvorrichtungen, die sich bestimmter Arten von dop- Strahls ist hoch infolge des lokalisierten elektrooptipeltbrechenden Kristallen bedienen. Außer derartigen sehen Effekts an der Stelle des auftreffenden Elektro-Vorrichtungen, welche die Richtung bzw. die Inten- io nenstrahls.

sität des Strahls beeinflussen, bevor dieser vom Sen- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht in

der emittiert wurde, ist auch eine Reihe von Vorrich- der universellen Anwendbarkeit der Steuerung des tungen zur Steuerung von Lichtstrahlen optischer stimulierten Lichtstrahls, welcher jeder Bewegung des Sender bekannt, welche eine Änderung des Strahls Elektronenstrahls folgt.

nach dessen Emission bewirken. 15 In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der

So ist es z. B. bekannt, den Emissionszeitpunkt vorliegenden Erfindung wird innerhalb des optischen eines optischen Senders dadurch präzise zu steuern, Resonators ein festes optisches Verzögerungsplättdaß das Reflexionsvermögen wenigstens eines der bei- chen eingefügt, wodurch eine feste Polarisationsvor den Spiegel, welche den optischen Resonator an bei- zugsrichtung vorgegeben ist, welche die Emission den Stirnflächen begrenzen, zeitlich gesteuert wird. 30 eines stimulierten Lichtstrahls so lange verhindert, bis Weiterhin ist bekannt, zum Zweck der Richtungs- durch den Elektronenstrahl ein entsprechender elekmodulation des stimulierten Strahls wenigstens einen trooptischer Effekt hervorgerufen wird, der beiden obengenannten Spiegel in enem bestimm- Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist

ten begrenzten Bereich seiner Fläche bezüglich des darin zu erblicken, daß die Möglichkeit einer Inten-Reflexionsvermögens veränderlich zu machen, was 35 sitätsmodulation des stimulierbaren Lichtstrahls bez. B. durch Vorschalten einer Kerrzelle vor den steht, was durch Steuerung der Intensität des Elekoptisch aktiven Bereich realisiert werden kann. tronenstrahls geschieht.

Zur Realisierung einer Anordnung zur Auslenkung Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegendes Strahls eines optischen Senders mit hoher Abtast- den Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten geschwindigkeit, hohem Auflösungsvermögen und 30 Beschreibung sowie aus den Unteransprüchen und schneller Winkelausdehnung wurde bereits vorge- Zeichnungen hervor. In diesen bedeutet schlagen, ein kugelförmiges, stimulierbares Fest- F i g. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer

körpermedium symmetrisch in einem optischen Reso- ersten Ausführungsform und nator anzuordnen, der von einem Paar konzentrischer F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer

äußerer Kugelspiegel, die gegenseitig optisch kunju- 35 weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfingiert sind, begrenzt wird. Ein solcher optischer Reso- dung.

nator ist bezüglich seiner Vorzugsrichtung indifferent. Eine in Strahlrichtung gedehnte Ansicht der bei

Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, der vorliegenden Erfindung benutzten Bauteile ist in eine verbesserte Anordnung zum Auslenken und zur F i g. 1 wiedergegeben. Der Abstand zwischen den Intensitätssteuerung des kohärenten Strahls eines 40 verschiedenen Bauteilen ist übertrieben, um eine optischen Senders mit konjugiertem Strahlenverlauf deutlichere Darstellung zu erhalten. Das stimulierzu schaffen, wobei Me Anordnung möglichst wenig bare Medium5, welches z.B. ein Rubin sein kann, von ihrer hochgradigen Auflösung verlieren soll. ist in Form einer Kugellinse dargestellt. Ein halb-Außerdem soll die Strahlintensität des stimulierten kugelförmig gestalteter teildurchlässiger Spiegel 7 ist Strahls ohne die Mitwirkung der elektrooptischen 45 bezüglich des stimulierbaren Mediums 5 konzentrisch Schaltmittel völlig verschwinden. angebracht, so daß das durch das stimulierbare Me-

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dium 5 erzeugte stimulierbare Licht vom Spiegel 7 relöst die genannten Aufgaben und ist dadurch gekenn- flektiert wird und nach der Reflexion den gleichen zeichnet, daß der optische Resonator an einer seiner Lichtweg wie vor der Reflexion durchläuft, beiden reflektierenden Stirnflächen durch den Schirm 50 Eine Linse 9 geeigneter Gestalt wird so eingefügt, einer Kathodenstrahlröhre begrenzt ist, wobei allein daß Punkte auf dem Spiegel 7 auf der Fläche 11 der am Auftreffpunkt des Kathodenstrahls auf den Schirm Kathodenstrahlröhre 13 zur Abbildung gelangen. Ein durch diesen Kathodenstrahl über die Spannungs- Strahlenpaar 15, 17 veranschaulicht diesen Abbilquelle ein elektrisches Feld auf eine parallele Kalium- dungsvorgang des Punktes 19 auf dem Spiegel 7 in dihydrogenphosphat(KDP-)Schicht derart einwirkt, 55 dem Punkt 21 auf dem Schirm der Kathodenstrahldaß allern in Richtung zu diesem Auftreffpunkt für röhre. Der Spiegel 7 und die Fläche 11 mit dem Spieden polarisierten stimulierten kohärenten Strahl gel 23 bilden die den optischen Resonator begrenzen-Resonanz eintreten kann. den Spiegel und gehören konjugierten Flächen bezüg-

Ein bezüglich seiner Vorzugsrichtung indifferenter lieh der Linse 9 und des Rubins 5 an, so daß eine unsteuerbarer optischer Resonator besitzt eine Vielzahl 60 endliche Punktmenge des Spiegels 7 auf der Obervon Achsen, entlang derer der Sender im Stande ist, fläche 11 der Kathodenstrahlröhre 13 abgebildet wird. Lichtstrahlen auszusenden. Stirnseitig hinter dem Eine Gruppe von Bauteilen 23 bis 27 ist in der aus

einen Begrenzungsspiegel des optischen Resonators F i g. 1 ersichtlichen Weise zwischen die Linse 9 und befindet sich der Schirm einer Kathodenstrahlröhre. die Fläche 11 in den Strahlengang eingefügt. In dem Eine elektrooptische Schicht ist innerhalb des opti- 65 bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Bauteile 23 sehen Resonators nahe dem mit der Kathodenstrahl- bis 25 unmittelbar vor der Fläche 11 der Kathodenröhre hinterlegten Begrenzungsspiegel angeordnet. strahlröhre 13 angeordnet, während die Bauteile 26 Diese Schicht reagiert auf Ladungen, welche mittels und 27 mehr in Richtung zum stimulierbaren Me-

dium 5 hin, wie in F i g. 1 gezeigt, angebracht sein können. Das Bauteil 23 ist ein dielektrischer Reflektor mit vielen Schichten und grenzt unmittelbar an die Fläche 11 und an die Kaliumdihydrogenphosphat-(KDP-)Schicht 24. Der Reflektor 23 wirkt als Spiegel und reflektiert das von dem stimulierbaren Medium 5 emittierte Licht, welches entlang seines eigenen optischen Weges zurückläuft. Es werden Schwingungen entlang einer unendlichen Menge von energiequelle 39, ζ. B. eine wendeiförmige Blitzlichtlampe, zur Anregung des stimulierbaren Mediums 5 benutzt, so daß entlang einer unendlichen Anzahl von Achsen, beispielsweise auch der Achse 29, Licht erzeugt werden kann. Daß durch den Polarisator 27 hindurchtretende Licht ist in Richtung des Pfeiles 35 orientiert. Das Phasenschieberplättchen 26 bewirkt eine Phasenverzögerung A des Lichtausbreitungsvorgangs zum Reflektor 23 hin. Nachdem das Licht vom

21 festgelegt ist.

Die anderen Bauteile 24 bis 27 sind in dem optischen Resonator zwischen Spiegel 7 und dem Reflekgg

Die Intensität / des zum stimulierbaren Medium 5 zurückkehrenden Strahls ist gegeben durch den Ausdruck

I = I₀-cos² (2A),

(1)

Achsen erzeugt, hierunter beispielsweise auch entlang io Reflektor 23 zurückgeworfen wurde, erleidet es eine einer solchen Achse 29, die durch die Punkte 19 und zweite Phasenverschiebung Δ beim abermaligen

Durchgang durch das Phasenschieberplättchen 26. Der Polarisator 27 wirkt somit als Analysator, so daß infolge der Phasenverzögerung des Phasenschiebertor 23 angeordnet und dienen dazu, eine spezielle 15 plättchens 26 im allgemeinen nur ein Bruchteil des Achse auswählen zu können, entlang derer der stimu- Lichts zurück zum stimulierbaren Medium 5 gelangt, lierte Lichtstrahl ausgesendet werden soll. Das Bauteil 24 besteht aus einer Schicht von Kaliumhydrogenphosphat (KH₂PO₄), welches allgemein mit KDP abgekürzt wird.

Die KDP-Schicht 24 weist bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes einen elektrooptischen Effekt auf. Bauteil 25 besteht aus Zinnoxyd (SnO), welches auf die KDP-Schicht 24 aufgebracht ist. Die SnO-Schicht 25 dient dazu, ein elektrisches Feld über der KDP-Schicht 24 zu erzeugen, wozu sie mit dem Erdleiter der Batterie 34 verbunden ist.

Die Lage des elektrischen Feldes bzw. die Richtung der Feldlinien werden durch die Kathodenstrahlröhre 13 festgelegt, deren Elektronenstrahl ent- 30 optischen Senders und somit die Emission des stimulang einem geradlinigen Weg, welcher den Punkt 21 lierten Lichts im Zuge der Wechselwirkung mit dei in sich schließt, auf die Fläche 11 gerichtet ist. Eine Anregungsenergiequelle 39 zu veranlassen. Um eine Anzahl von Drähten 33 ist in die Fläche 11 eingebet- Stimulation zu erhalten, muß die durch Einfügung tet, so daß die durch den Elektronenstrahl entlang des Phasenschieberplättchens 26 bewirkte Phasenverdes Weges 31 auf die Fläche 11 eingebrachte 35 zögerung A kompensiert werden durch eine weitere Ladungsmenge von der Rückseite der Fläche 11 auf Phasenverzögerung, welche vermöge der KDP-die Oberfläche 11 zurücktransportiert werden kann. Schicht 24 eingeführt wird. Die KDP-Schicht 24 bedie direkt an die KDP-Schicht 24 angrenzt. Der Re- wirkt daher, sofern der Elektronenstrahl entlang des flektor 23 besteht aus dielektrischem Material oder Weges 31 verläuft, eine kompensierende Phasenveraus einer Mosaikstruktur dünner metallischer Reflek- 40 zögerung bei Punkt 21, welche einen ausreichenden

wobei I₀ die Intensität des zum stimulierbaren Mediums 5 zurückkehrenden Lichts bedeutet, wenn keine Phasenschieberplättchen in den Strahlengang eingefügt sind. Die Phasen verzögerung A, welche durch die Einfügung des Phasenschieberplättchens 26 hervorgerufen wird, ist so gewählt, daß die Intensität I des zum stimulierbaren Medium 5 zurückkehrenden Lichts nicht ausreicht, ein Anschwingen des

i i

toren, so daß die Ladungsmenge zeitweilig an demjenigen Punkt gespeichert werden kann, in dem der Strahl auf die Fläche auftrifft. Die SnO-Schicht 25 ist über Gleichspannungsquelle 34 mit der Steuerelektrode 35 der Kathodenstrahlröhre 13 verbunden, wobei die Steuerelektrode eine Beschleunigung des Elektronenstrahls hervorzurufen in der Lage ist. Die SnO-Schicht 25 liegt an der geerdeten Klemme der Gleichspannungsquelle 34, damit sich ein Referenzpotential Anteil der Verzögerung des Phasenschieberplättchens 26 unwirksam macht, so daß die Intensität / des zum stimulierbaren Medium zurückkehrenden Lichtanteils genügend groß ist, eine Emission entlang der Achse 29 auszulösen. Durch wechselnde Lage des Elektronenstrahls auf der Oberfläche 11 kann erreicht werden, daß die Achse, bezüglich derer eine Kompensation erhalten wird, sich beliebig aus der Menge aller möglichen Achsen mit Hilfe der Kathodenstrahlröhre

bezüglich des über der KDP-Schicht anliegenden, von 50 13 auswählen läßt. Trifft kein Elektronenstrahl auf dem Elektronenstrahl erzeugten Feldes ergibt. Die die Oberfläche 11 auf, so wird eine Lichtaussendung

Lage des Feldes bezüglich der KDP-Schicht 24 kann durch Änderung des Verlaufs des Elektronenstrahls in bekannter Weise geändert werden.

Das Bauteil 27 ist ein Polarisator, welcher Licht mit einer Polarisationsachse von 45° bezüglich der Vertikalrichtung durchläßt; die Polarisationsachse ist durch einen Pfeil 35 angedeutet. Das Bauteil 26 ist ein eine optische Verzögerung bewirkendes Plättchen, welche eine relative Phasenverzögerung zwischen horizontaler und vertikaler Polarisationskomponente des hindurchtretenden Lichts erzeugt. Die beiden rechtwinklig zueinander verlaufenden Komponenten sind in Fig. 1 durch ein Pfeilepaar37Y und 37Z des optischen Senders durch das eine optische Verzögerung bewirkende Phasenschieberplättchen 26 unterbunden.

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der ähnliche Bauteile wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 benutzt werden. Es werden für entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen benutzt, die aber zum Unterschied gegenüber F i g. 1 mit einem Strich versehen sind. Die Linse 9 der F i g. 1 ist in dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 überflüssig geworden und die Gestalt der Bauteile 23' bis 27' wurde geändert. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Bauteile 23' bis 27' konzentrisch be

angezeigt. Die KDP-Schicht 24 ist so orientiert, daß 65 züglich des Zentrums des optischen Resonators und ihre elektrisch induzierte Hauptachse in einer Rieh- des stimulierbaren Mediums 5' angeordnet. Das stitung von 45° bezüglich des Polarisators verläuft.
Zum Betrieb der Anordnung wird eine Anregungs-

mulierbare Medium 5' besitzt die Form eines Stäbchens, dessen im Durchmesser größere Stirnflächen

kugelförmig ausgebildet sind und den Radius r besitzen. Der lichtdurchlässige Spiegel 7' sowie der Reflektor 23' weisen den Kugelradius R auf und sind bezüglich des Zentrums des optischen Resonators im stimulierbaren Medium 5' konzentrisch angeordnet. Der Spiegel 7' sowie der Reflektor 23' können in konjugierten Oberflächen bezüglich des als Linse wirkenden stimulierbaren Mediums aus Rubin 5' angeordnet werden, was dadurch geschieht, daß man dafür sorgt, daß das Verhältnis der Radien r und R bei einem Vergrößerungsfaktor der folgenden Beziehung ge-

WD ₌₌ (γ. ΛΛίψΙ (*?Λ

wobei η den Brechungsindex des stimulierbaren Mediums, insbesondere den des Rubins, bedeutet.

Das Bauteil 24' und die SnO-Schicht 25' sind unmittelbar auf den Reflektor 23' aufgebracht und besitzen daher dessen kugelförmige Gestalt. Daher kann das Bauteil 24' nicht aus KDP zusammengesetzt sein, da dieses kristalline Material eine einachsige Struktur besitzt. Ein elektrooptiscb.es kristallines Material von kubischer Symmetrie, wie Zinksulfid (ZnS) oder Hexamethylentetramin (HMTA) können dazu verwendet werden, das Bauteil 24 in Fig. 2 aufzubauen.

Die übereinandergeschichteten Bauteile 23' bis 25' sind innerhalb der Kathodenstrahlröhre 13' angeordnet, so daß der entlang des Weges 31' verlaufende Kathodenstrahl unmittelbar auf den Reflektor 23 auftrifft, ohne daß die leitenden Drahtanordnungen 33 von F i g. 1 hierzu erforderlich wären. Die Vorrichtung der F i g. 2 arbeitet in der gleichen Weise, wie es für diejenige der F i g. 1 beschrieben wurde. Der stimulierte Lichtstrahl wird entlang einer Achse emittiert, welche denjenigen Punkt in sich einschließt, in dem der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre 13' ein elektrisches Feld über das Bauteil 24' aufbaut. Die Ausführungsform der F i g. 2 besitzt weiterhin einen Modulator 41, welcher die Intensität des Elektronenstrahls nach Maßgabe eines an die Klemmen 43 angelegten Signals in bekannter Weise steuert. Eine Veränderung der Elektronenstrahlintensität bewirkt eine entsprechende Variation des über das elektrooptische Material 24' bestehenden elektrischen Feldes, was weiterhin eine entsprechende Änderung der Intensität des vom stimulierbaren Medium 5' emittierten Strahls nach sich zieht. Ein dem Modulator 41 ähnlicher Modulator kann auch in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 benutzt werden, um in bekannter Weise eine ähnliche Steuerfunktion durchzuführen.

Die Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt wurden, sind zwei Beispiele von bezüglich ihrer Vorzugsrichtung indifferenten optischen Resonatoren mit einer großen Anzahl möglicher Schwingungsachsen. Andere richtungsindifferente optische Resonatoren können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genauso verwendet werden wie andere stimulierbare Medien und geometrische Gestaltungen ihrer Linsenform. Außerdem kann die Gestalt 11 der Kathodenstrahlröhre 13 in verschiedener Weise ausgebildet werden, um das erforderliche Feld

35

45

So

über das elektrooptisch« Material 24 aufzubauen, wovon die Darstellung in den Fig. 1 und 2 nur zwei der möglichen Beispiele bieten. Fernerhin kann das Bauteil 24 an Stelle eines elektrooptischen Effekts ebensogut einen magnetooptischen Effekt aufweisen. Materialien, welche eine der genannten Erscheinungen aufweisen, zeigen unter dem Einfluß eines Elektronenstrahls die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung notwendigen Eigenschaften. Besitzt das stimulierbare Medium 5 schon an sich Polarisationseigenschaften, so kann der Polarisator 27 weggelassen werden. Es ist noch eine weitere Abwandlung der bevorzugten Ausführungsbeispiele nach den Lehren der vorliegenden Erfindung möglich, wenn es erforderlich ist, den Elektronenstrahl schnell von einem Punkt zu einem anderen der Oberfläche 11 zu bewegen. Die Kathodenstrahlröhre 13 kann dann mit einer speziellen Riesel-Elektronenquelle ausgerüstet werden, so daß einmal vorhandene Ladungsmengen auf der Fläche 11 schnell neutralisiert werden können, wonach eine neue Ladung an einem anderen Ort aufgebracht werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Auslenken und zur Intensitätssteuerung des kohärenten Strahls eines optischen Senders mit konjugiertem Strahlenverlauf und mit einem bezüglich seiner Vorzugsrichtung indifferenten steuerbaren optischen Resonator, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator an einer seiner beiden reflektierenden Stirnflächen durch den Schirm (11) einer Kathodenstrahlröhre (13) begrenzt ist, wobei allein am Auftreffpunkt (21) des Kathodenstrahls (31) auf den Schirm (11) durch diesen Kathodenstrahl über die Spannungsquelle (34) ein elektrisches Feld auf eine parallele Kaliumdihydrogenphosphat-(KDP-)Schicht (24) derart einwirkt, daß allein in Richtung zu diesem Auftreffpunkt (21) für den polarisierten stimulierten kohärenten Strahl (15,17, 29) Resonanz eintreten kann.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Resonator zwischen dem stimulierbaren Medium (5) und dem Schirm (11) der Kathodenstrahlröhre (13) folgende Schichtenfolge eingehalten ist:

1. stimulierbares Medium (5),

2. Polarisator (27),

3. Phasenschieberplättchen (26),

4. transparente, leitende Zinnoxydschicht (25),

5. KaIiumdihydrogenphosphat-(KDP-)Schicht (24),

6. dielektrisch reflektierende Schicht (23),

7. Kathodenstrahlschirm (11).

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsdifferenz des optischen Resonators in ungesteuertem Zustand in an sich bekannter Weise durch Kugelsymmetrie des stimulierbaren Mediums (5) erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen