DE1439402C3 - Optischer Sender oder Verstarker fur kohärente Abstrahlung - Google Patents

Description

7. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch 45 sehen den Spiegeln durch das stimulierbare Medium gekennzeichnet, daß sich im Innern des optischen hin und her läuft, so daß der Grundmode durch die Resonators wenigstens auf einer Seite die linsen- Kaustik begrenzt ist.

artig gekrümmte Stirnfläche (15) des stimulierba- Aus der deutschen Auslegeschrift 1 168 565 ist

ren Mediums (1) und die teildurchlässige kon- schließlich ein optischer Sender mit gekrümmten

kave Spiegelfläche (17) einer konvex-konkaven· 50 Spiegeln bekannt, der. zur.Begrenzung der Zahl der

Reflektorlinse (18) gegenüberstehen, wobei die Resonanzschwingungen zwei Blenden enthält. Die

Brennweite der Reflektorlinse (18) dem Krüm- Spiegel haben einen Krümmungsradius von 100 cm

mungsradius der einseitig aufgebrachten Verspie- und stehen in einem Abstand von 150 cm. Deshalb

gelung näherungsweise gleich ist. läuft auch bei dieser Anordnung das Signallicht in-

8. Optischer Sender nach einem der An- 55 nerhalb einer kaustischen Fläche.

sprüchel bis 3 oder 5 bis, 7 dadurch gekenn- Bei dem aus der obengenannten belgischen Pa-

zeichnet, daß im Innern des optischen Resonators tentschrift 621 169 bekannten optischen Sender oder in Nähe des Brennpunkts (5) eine Lochblende Verstärker ist eine Querschnittsveränderung der An-(16) vorgesehen ist. regungs- oder Pumpstrahlung jedoch nicht der Si-

60 gnalstrahlung vorgesehen.

Vorteilhaft ist es, wenn sich im Innern des opti-

sehen Resonators wenigstens auf einer Seite zwischen

dem stimulierbaren Medium und dem Reflektor zwei Linsen in näherungsweise konfokaler Aufstellung be-65 finden.

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Das Linsensystem kann vorteilhaft so konstruiert

Verstärker für kohärente Abstrahlung ebener Wellen sein, daß. die Linsen als bikonvexe Linsen ausgebilnahezu gleicher Fortpflanzungsrichtung aus einem det sind, oder daß die eine Linse bikonkav und die

andere bikonvex ausgebildet ist. Beide Varianten er_T geben den gewünschten Strahlengang.

Die gewünschte Wirkung ist aber auch zu erzielen_f wenn sich im Innern des optischen Resonators wenigstens auf einer Seite eine bikonvexe Linse zwischen dem stimulierbaren Medium und einem Reflektor befindet, welcher auf der der Linse zugewandten Seite konkav ausgebildet ist oder wenn die Funktion der Linse von der linsenartig gekrümmten

. . Zwischen dem stimulierbaren Medium 1 und dem Reflektor 6 kann ein weiteres konfokales Linsensystem vorgesehen werden. ..·■.·..··.■

Zwischen den Reflektoren 2 und 6 bildet sich ein S Wellenzug aus, wenn das stimulierbare Medium 1 durch Anregungsenergie angeregt wurde. Die Strahlen lauf en z. B. vom Reflektor 6 durch das stimulierbare Medium 1 bis zur Bikonvexlinse 4 parallel und werden dann durch diese im Brennpunkt 5 gebün-

Stirnflache des stimulierbaren Mediums übernommen io delt. Hinter dem Brennpunkt 5 laufen die Strahlen wird oder wenn sich im Innern des optischen Reso- wieder auseinander, werden durch die Bikonvexnators wenigstens auf einer Seite die linsenartig ge- linse 3 gebündelt, treffen senkrecht auf den Reflekkrümmte Stirnfläche des stimulierbaren Mediums tor 2 auf und laufen in sich wieder bis zum Reflek- und die teildurchlässige konkave Spiegelfläche einer tor 6 zurück, der sie erneut reflektiert. Da die Bikonkonvex-konkaven Reflektorlinse gegenüberstehen, 15 vexlinse 3 eine größere Brennweite als die Bikonvexlinse 4 aufweist, ist der ausgeleuchtete Querschnitt

wobei die Brennweite der Reflektorlinse dem Krümmungsradius der einseitig aufgebrachten Verspiegelung näherungsweise gleich ist. Hierbei übernehmen die linsenartig gekrümmten Oberflächen des Reflek-

am Reflektor 2 größer als im stimulierbaren Medium 1.

Die Fig.2 zeigt einen Resonator, bei dem das

tors oder der Stirnwand des stimulierbaren Mediums 20 konfokale Linsensystem aus einer Bikonkavlinse 7

Linsenfunktionen.

Eine Weiterbildung der Erfindung beruht darin, daß im Innern des optischen Resonators in der Nähe des Brennpunkts eine Lochblende vorgesehen ist.

mit kleiner Brennweite und einer Bikonvexlinse 8 mit großer Brennweite besteht. Der gemeinsame Brennpunkt ist mit 9 bezeichnet.

Die Strahlen laufen z. B. vom Reflektor 6 aus par-

Bikonvexlinse 8 und werden durch diese zu einem parallelen Strahlenbündel zusammengefaßt, das durch den Reflektor 2 in sich selbst reflektiert wird und zum Reflektor 6 zurückläuft.

Die F i g. 3 zeigt eine Anordnung, bei der der linke Reflektor 10 als Hohlspiegel mit Kugelfläche ausgebildet ist, deren Mittelpunkt mit 11 bezeichnet ist. Dieser Punkt 11 ist gleichzeitig der Brennpunkt der

Dies ist angebracht, wenn im Innern des Resonators 25 allel durch das stimulierbare Medium 1 zur Bikonein echter Brennpunkt auftritt. Durch eine geeignet kavlinse 7, werden durch sie zerstreut, treffen auf die dimensionierte Blende in der Umgebung des Brennpunktes wird eine erhöhte Selektion von Moden
einer vorgegebenen vorzugsweise axialen Fortpflanzungsrichtung bewirkt. 30

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die F i g. 1 bis 6 zeigen den Teil eines optischen Resonators, dessen strahlenoptische Geometrie so

ausgebildet ist, daß die Leistungsdichte der Strahlung 35 Bikonvexlinse 12. Das stimulierbare Medium 1 und an einem Reflektor kleiner ist als im stimulierbaren der rechte Reflektor 6 sind wie in den F i g. 1 und 2 Medium. Die Auskoppel- und gegebenenfalls Ein- angeordnet.

koppelvorrichtung, die Haltevorrichtungen für die Die Strahlen lauf en auch hier z.B. parallel vom

einzelnen Elemente und die Einrichtung zur Zufuhr Reflektor 6 los, durchqueren das stimulierbare Meder Anregungsenergie wurden der Übersichtlichkeit ₄₀ dium 1 und treffen auf die Bikonvexlinse 12, die die halber in den Zeichnungen weggelassen. Strahlen in ihrem Brennpunkt 11 sammelt. Da dieser

Die Resonatoren sind vom Perot-Fabry-Typ. Wer- Brennpunkt gleichzeitig Mittelpunkt der Oberfläche den die Atome des stimulierbaren Mediums mittels des Reflektors 10 ist, treffen die Strahlen dort senkzugeführter Anregungsenergie bis zur Inversion an- recht auf, werden in sich reflektiert und laufen zum geregt, so fallen sie nach kurzer Zeit unter Aussen- 45 Reflektor 6 auf gleichem Wege zurück,
dung von allen möglichen inkohärenten Wellen in ih- Die F i g. 4 zeigt einen Resonator, bei dem der

ren Ruhezustand zurück. Einige Wellen jedoch, die linke Reflektor 13 ebenfalls als Hohlspiegel mit Kulängs der Achse des optischen Resonators laufen, gelfläche ausgebildet ist. Ihr Mittelpunkt ist mit 14 treffen auf die Reflektoren und laufen wieder zurück. bezeichnet. Die linke Stirnseite 15 des stimulierbaren Sie lösen auf dem Rückweg in den angeregten Ato- 50 Mediums 1 ist konvex gekrümmt. Der Mittelpunkt men, die sie durchqueren, weitere Wellen derselben der Reflektoroberfläche 13 und der Brennpunkt der Frequenz und auch Phase aus, so daß ein sich ver- konvexen Stirnfläche 15 fallen im Punkt 14 zustärkender Wellenzug entsteht, der von dem gegen- sammen.

überliegenden Reflektor zurückgeworfen wird und Die Strahlen laufen hier z.B. vom Reflektor6 aus

sich bei laufender Zuführung von Anregungsenergie 55 parallel durch das stimulierbare Medium 1 und werweiter verstärkt. Die auf diese Weise entstehenden den von der konvex ausgebildeten Stirnseite 15 im

Brennpunkt 14 gebündelt. Nach dem Durchlaufen des Brennpunktes treffen sie senkrecht auf die Reflektoroberfläche 13 auf, werden in sich zurück-

Wellen sind stark gebündelt, da nur die Energie, die genau längs der Resonatorachse läuft, an den Reflektoren zurückgeworfen und auch verstärkt wird.

Die F i g. 1 zeigt das stabförmige stimulierbare 60 geworfen und laufen zu ihrem Ausgangspunkt

Medium 1 und den Reflektor 2, der den Resonator links begrenzt. Zwischen dem stimulierbaren Medium 1 und dem Reflektor 2 sind die größere Bikonvexlinse 3 und die kleinere Bikonvexlinse 4 konfokal angeordnet.

Ihr gemeinsamer Brennpunkt ist mit 5 bezeichnet. Rechts wird der Resonator durch den Reflektor 6 abgeschlossen.

zurück.

Die F i g. 5 zeigt eine der F i g. 1 entsprechende Anordnung, bei der in der Nähe des Brennpunktes 5 eine Lochblende 16 vorgesehen ist.

Die F i g. 6 zeigt eine der F i g. 3 ähnliche Anordnung. Der linke Reflektor 17 ist eine teildurchlässige Verspiegelung der Konvex-Konkav-Linse 18, die so ausgebildet ist, daß der Brennpunkt der Linse 18 und

der Krümmungs-Mittelpunkt der Verspiegelung 17 näherungsweise im Punkt 19 zusammenfallen, der gleichzeitig Brennpunkt der Linse 12 ist.

Die z.B. vom Reflektor6 aus parallel durch das stimulierbare Medium 1 laufenden Strahlen werden durch die Bikonvexlinse 12 im Brennpunkt 19 gebündelt und treffen senkrecht auf den teildurchlässigen Reflektor 17 auf. Der größte Teil des Lichtstrahls läuft in sich zum Reflektor 6 zurück, während der kleinere Teil die Verspiegelung 17 durchdringt, in der Konvex-Konkavlinse 18 gebündelt wird und aus ihr parallel laufend austritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 ■ : 2 ■ optischen Resonator, der von zwei einander gegen- p. . .. , überstehenden Reflektoren begrenzt ist, zwischen de- rareniansprucne. nen dn stimulierbares Medium angeordnet ist, und der ferner mit einer Auskoppel- und gegebenenfalls

1. Optischer Sender oder Verstärker für kohä- 5 auch einer Einkoppeleinrichtung für das Signallicht rente Abstrahlung ebener Wellen nahezu gleicher und mit einer Vorrichtung für die Zufuhr von Anre-Fortpflanzungsrichtung aus einem optischen Re- gungslicht versehen ist,,wie er aus der belgischen Pasonator, der von zwei einander gegenüberstehen- tentschrift 621 169 bekannt ist.".'] den Reflektoren begrenzt ist, zwischen denen ein Bei optischen Sendern.oder !Verstärkern für kohästimulierbares Medium angeordnet ist, und der io rente Strahlung hoher-Leistung wird die Leistungsferner mit einer Auskoppel- und gegebenenfalls dichte innerhalb des Resonators so groß, daß auch auch einer Einkoppeleinrichtung für das Signal- Reflektoren mit sehr geringen Absorptionsverlusten, licht und mit einer Vorrichtung für die Zufuhr wie dielektrische Spiegel, durch das auftreffende von Anregungslicht versehen ist, dadurch Licht zerstört werden und der Resonator unbrauchgekennzeichnet, daß zur Entlastung der 15 bar wird.

Resonätorspiegel der optische Resonator so aus- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

gebildet ist, daß die Strahlungsdichte mittels derartigen Sender oder Verstärker so auszubilden,

Querschnittsvergrößerung an wenigstens einem daß die Belastung der Reflektoren seines Resonators

der Reflektoren (2, 10, 13, 17) kleiner ist als im verkleinert ist.

stimulierbaren Medium (1). 20 Diese Aufgabe wird bei einem optischen Sender

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch oder Verstärker der einleitend geschilderten Art ergekennzeichnet, daß sich im Innern des optischen findungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Entlastung Resonators wenigstens auf einer Seite zwischen der Resonatorspiegel der optische Resonator so ausdem stimulierbaren Medium (1) und dem Reflek- gebildet ist, daß die Strahlungsdichte mittels Quertor (2) zwei Linsen (3,4 oder 7,8) in näherungs- 25 Schnittsvergrößerung an wenigstens einem der Reweise konfokaler Aufstellung befinden. flektoren kleiner ist als im stimulierbaren Medium.

3. Optischer Sender nach Anspruch 2, da- Es sind zwar optische Sender und Verstärker bedurch gekennzeichnet, daß die Linsen (3, 4) als kannt, bei denen die Leistungsdichte der Strahlung bikonvexe Linsen ausgebildet sind. an den Reflektoren kleiner ist' als im stimulierbaren

4. Optischer Sender nach Anspruch 2, dadurch 30 Medium, jedoch kann der Grundmode bei den begekennzeichnet, daß die eine Linse (7) bikonkav kannten optischen Sendern und Verstärkern nicht und die andere (8) bikonvex ausgebildet ist. den ganzen Querschnitt des stimulierbaren Mediums

5. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch ausfüllen, sondern er ist durch eine kaustische Fläche gekennzeichnet, daß sich im Innern des optischen' oder eine Doppelkegelfläche begrenzt. Die induzier-Resonators wenigstens auf einer Seite eine bikon- 35 ten Wellen im stimulierbaren Medium und die abgevexe Linse (12) zwischen dem stimulierbaren strahlten Wellen sind daher keine wenigstens nähe-Medium und einem Reflektor (10) befindet, wel- rungsweise ebenen Wellen nahezu gleicher Fortpflancher auf der der Linse (12) zugewandten Seite zungsrichtung.

konkav ausgebildet ist. So ist aus der »Zeitschrift für Naturforschung«,

6. Optischer Sender nach Anspruchs, dadurch 40 Band 18A (1963), S. 418 bis 420, Abbildung 1, begekennzeichnet, daß die Funktion der Linse (12) reits ein optischer Sender mit einem optischen Resovon der linsenartig gekrümmten Stirnfläche (15) . nator bekannt, der zwei gekrümmte Spiegel von stark des stimulierbaren Mediums (l) übernommen unterschiedlichen Radien aufweist und bei dem das wird. Signallicht innerhalb einer kaustischen Fläche zwi-