DE1439469A1

DE1439469A1 - Optical molecular amplifier

Info

Publication number: DE1439469A1
Application number: DE19641439469
Authority: DE
Inventors: Roess Dr Dieter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-11-12
Filing date: 1964-11-12
Publication date: 1968-11-28
Also published as: DE1439469B2; DE1439469C3

Description

Optischer hIolekularv,rstärker Die Erfindung betrifft einen I:Tolekularverstärker für im Bereich der optischen Frequenzen gelegene Wellen mit einem Resonator, der das für die PIolekularverstärkung aktive Naterial wie einen Kristall enthält, das in einer normal zu seiner Achse gelegene '7,bene für verschiedene Richtungen unterschiedliche Pumplichtabsorptionswerte hat, einer Vorrichtung zur allseitig auf die Achse des aktiven Materials bzw. des Resonators gerichteten Zuführung von Pumplichtenergie, einer 4uskoppelvorrichtung und vorzugsweise auch einer Einkoppelvorrichtung für das Signallicht.Optical Molecular Amplifier The invention relates to a molecular amplifier for waves located in the range of optical frequencies with a resonator, the contains the active material for molecular reinforcement such as a crystal which in a '7 lying normal to its axis, plane different for different directions Has pump light absorption values, a device for all sides on the axis of the active material or the resonator directed supply of pump light energy, a coupling device and preferably also a coupling device for the signal light.

Das allgemeine Prinzip eines Molekularverstärkers wurde zwar in der Literatur :cllon hinreichend beschrieben, doch soll zum besseren Vert@4ndnis zunächst anhand eines einfachen Beispiels nochmals kurz auf die Wirkungsweise eines derartigen Verstärkers eingegangen werden. Die Figur 1 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Ordinate die Energie E und auf der Abszisse die so-genannte Besetzungszahl n aufgetragen sind.The general principle of a molecular amplifier was indeed in the Literature: cllon sufficiently described, but for a better understanding it should first Using a simple example, briefly reveals how such a system works Amplifier. FIG. 1 shows a diagram in which on the ordinate the energy E and the so-called occupation number n on the abscissa are.

Das Diagramm enthält die Darstellung der Energieverteilung für ein aktives Material mit drei Energieniveaus. Die einzelnen Energieniveaus sind mit-E1, E2 und E3 bezeichnet. Ihre Besetzung - darunter ;-rird die Anzahl der jeweiligen Atome mit diesem Energiezustand verstanden - ist im thermischen Gleich- gewicht so, daß die höheren Energieniveaus weniger besetzt sind als die tieferen Energieniveaus. Die Verteilung entspricht einer Boltzmann-Verteilung urig ist in. der Figur 1 mit h be- zeichnet. Der Schnittpunkt dieser Kurve mit den einzelnen @:',nergieniveal,ls gibt ah, welche Besetzungszahlen den einzel- nen Energieniveaus zukommen. Beim optischen Ialolekularverstärker st- in der Pegel ein solches aktives Material zu jxählen, dessen Abstand zwischen den Energieniveaus i:1 Lind E2 dem Produkt h # fs und dessen Abstand: zt,aischen den Energieniveaus 31 und E3 dem Produkt h # fp entspricht, worin h das Pla.,.cl-sche ';firkungsquantuiu, fs die mittlere 3igrialfr equenz unC fp die dem Pumpübergang entsprechende Pumpfrequenz sind. >er Verstärkungsvorgang in einen derartigen Drei-Uiveau - T iolekularverstärker geht nun etwa folgt vor sich: @äittels von außen zugeführter Pumpenergie der frequent fp wird die Beset,ungszahl in den einzelnen Energieniveaus geändert, und z@..iar derart, daß auf sich die Besetzungs- zahl von n3 auf n31 erhöht. 'Teil clie r'ahl der ab-torie in dem aktiven eJaterial festliegt, verringert sich durch diese Quantenübergänge die Besetzung bei 2,1 um den gleichen . Betrag. Die Besetzung geht also für E1 zurück von n1 auf n1'. Diesen Vorgang nennt man Invertierung, weil im Gegen- satz zum Ausgangszustand sich jetät :hehr Atome angeregt im höheren Energieniveaus E2 befinden als Atome auf dem Ener- giegrundniveau E1 vorhanden sind. Die Inversion des Niveau- paares E1/E2 wird noch erheblich verbessert, wenn die den thermischen Ausgleich der@einzelnen Energieniveaus unter- einander bestimmende Relaxationszeit für das ?Niveaupaar E3/E2 wesentlich kleiner ist als für das Niveaupaar E2/E1. Man erreicht so, daß die Besetzungszahl des Energieniveaus E2 größer wird als die des #Snergieniveaus @1 (ä_nversion) . 'ird nun ein äußeres äignal mit :7c2.° hr (-,qticnz f s :jugeführt, #;o gehen Atome mit c_em Energiezustand :2 in den :Linergie- zustand 21 über. Gleichseitig tritt auch eine gewisse Trans- portierung von Itonieii -' es .'ne:.^gie:;us t .Zdes E1 in den Jnergie- ..- ustand E2 ei-n. Dein ib ergang von j.@' nach L1 entspricht einer in#,uzierten Emission des aktiven :_aterials auf der Frequenz fs, ;.,,hrend der Übergang von j1 nach _12 einer Absorption '.er indu- T;ier ten Signalenergie entrj#pricht. _Jurch die mittels des Pum- )ens erzwungene I3eset;3ung,-;iiiderizng c_es !nergieniveaus L1 über- .riegt jedoch die induzierte ##ilission gege,über der Absorption, so ci.aß insgesamt mehr Signalenergie: c; er Prequens fs vom ali- -Given l:aterial er@iittiel,t wird als einfall,..#iide bzw. induzieren- ,e Signalenergie mit der 'Frequenz fs in dem aktiven TIaterial :-bsorbier t wird . -Durch die induzierte Emission verringert sich die 4"Sahl der in Energieniveau E2 befindlichen jitome, während sich die 'ahl er im Energieniveau E1 befindlichen Atome erhöht. "Tia die induziei7^te Emission aufrecht zu erhalten, werden iittels der von außen zugeführten Pumpenergie der Frequenz fp Atome vom Energieniveau E1 auf das Energieniveau E3 an- gehoben. Vom Energieniveau E3 fallen Atome durch Relaxation ohne induzierte Emission aber unter 'i'iärmeabgabe auf das Energieniveau E2 ab und stehen dort für eine weitere ir- duzierte Emission beim Übergang auf das Energieniveau E1 zur Verfügung. Das Drei-Niveau-System ist nur eines der möglichen Systeme! nach dem Molekularverstärker arbeiten können. Es gibt auch Systeme mit beispielsweise vier und mehr Niveaus, auf deren Irrläuterung zur Vezeinfachung hier nicht näher eingegangen werden soll, da sie analog arbeiten. `:Tährend im T:Tikrowellenberes_ch Energiequellen, deren Gesamtenergie die gleiche Frequenz und die gleiche Phase haben, mit ausreichender Leistung zur Verfügung stehen, lassen sich Lichtwellen auf diese-Weise bisher nicht herstellen. Infolgedessen erfolgen auch die durch Lichtenergie angeregten Quantenübergänge nicht gleichphasig. Die Synchronisation der Emission der Atome im Gebiet der Licht- und `:#ärmeviellen kann dadurch erfolgen, daß das aktive Material mit für die Zwecke der Verstärkung geeigneten Quantenübergängen-, beispielsweise ein Hubin-Einkristall, zu einem Stab zugeschnitten wird, dessen Enden mit hoher Präzision eben geschliffen und mit einer nur teilweise reflektier enden und damit teilweise durchlässigen Silberschicht bedeckt sind. Werden die Atome dieses Stabes mittels zugeführter Pumpenergie bis zur Inversion angeregt, so fallen sie nach kürzer Zeit unter Aussendung von allen möglichen inkohärenten Wellen in ihren Ruhezustand zurück. Einige Wellen jedoch, die längs der Achse des Kristalls, laufen, treffen-auf die reflektierenden Endflächen und laufen wieder zurück. Sie lösen auf dem Rückweg in den angeregten Atomen, die sie durchqueren, weitere Wellen derselben Frequenz und auch Phase aus, so daß ein sich verstärkender Wellenzug entsteht, der von dergegenüberliegenden Silberschicht teils durchgelassen, teils zurückgeworfen wird und sich bei laufender Zuführung von Pumpenergie weiter verstärkt. Bei richtiger Ausführung der reflektierenden Wände entsteht eine stehende Welle, die bei ausreichender Pumpleistun$ durch die durchlässigen Wände-Energie nach außen abgeben kann. Die auf diese Weise entstehenden Wellen sind'stark gebündelt, da nur die Energie, die genau längs der-Kristallaohse läuft, eine Aussieht auf Reflexion an den Enden und damit auf Verstärkung hat. Neben den in Achsrichtung des Stabes ahgeregten Lichtwellen von Signalfrequenz werden auch noch viele weitere lichtwellen 4urch Streuung oder Beugung an den Endflächen des Stabes angeregt.' Die Zuführung der Pumpenergie erfolgt in Beleuchtungsein- ' richtzmgen, bei denen das Licht der Pumplichtquelle mittels eines Spiegelsystems möglichst vollständig auf das aktive I.Taterial übertragen wird.The diagram shows the energy distribution for an active material with three energy levels. The individual energy levels are labeled -E1, E2 and E3. Their occupation - including the number of the respective atoms with this energy state - is in thermal equilibrium weight so that the higher energy levels are less occupied are than the lower energy levels. The distribution corresponds a Boltzmann distribution is in. Figure 1 with h draws. The intersection of this curve with each @: ', nergieniveal, there are ah, which occupation numbers the individual come with energy levels. In the case of the optical molecular amplifier, the level is one to count such active material, its distance between the energy levels i: 1 and E2 the product h # fs and its Distance: zt, aish the energy levels 31 and E3 of the product h # fp corresponds, where h is the Pla.,. cl-sche '; firkungsquantuiu, fs the mean 3igrial frequency and the pumping transition are appropriate pumping frequency. > he amplification process in such a three-level - Molecular enhancer now proceeds as follows: @ means of externally supplied pump energy of frequent fp becomes the occupancy number in the individual energy levels changed, and z @ .. iar in such a way that the occupation number increased from n3 to n31. 'Part of the ab-torie in that active eJaterial is fixed, is reduced by this Quantum transitions the occupation at 2.1 around the same. Amount. The occupation therefore goes back to n1 for E1 n1 '. This process is called inversion, because in the opposite sentence to the initial state itself now: more atoms excited in the higher energy levels E2 than atoms on the energy basic level E1 are available. The inversion of the level pair E1 / E2 will be considerably improved if the thermal compensation of the @ individual energy levels relaxation time determining each other for the? level pair E3 / E2 is much smaller than for the level pair E2 / E1. In this way one achieves that the occupation number of the energy level E2 becomes greater than that of the #energy level @ 1 (ä_nversion). 'Now an external signal is given with: 7c2. ° hr (-, qticnz fs: ju led, #; o atoms with c_em energy state: 2 go into: linergy state 2 1 over. At the same time, there is also a certain porting of Itonieii - 'es .'ne:. ^ gie:; us t .Zdes E1 in the J nergy- ..- state E2 on-n. Your ib outcome from j. @ 'To L1 corresponds to one in #, reduced emission of the active: _materials on the frequency fs, ;. ,, while the transition from j1 to _12 of an absorption '. T; ized signal energy is eliminated. _J By means of the pump ) ens forced I3eset; 3ung, -; iiiderizng c_es! energy levels L1 over- . but the induced ## ilission is against, over the absorption, so ci.ass more signal energy overall: c; he prequens fs from the ali- -Given l: aterial er @ iittiel, t is used as an incidence, .. # iide or induce- , e signal energy with the frequency fs in the active material : - is absorbed. -The induced emission reduces the 4 "Sahl der jitome located in energy level E2, while the He increased the atoms in the energy level E1. "Tia to maintain the induced emission by means of the externally supplied pump energy of the frequency fp atoms from energy level E1 to energy level E3 upscale. At energy level E3, atoms fall through relaxation without induced emission but with 'i' heat output on the Energy level E2 and stand there for another ir- reduced emission on transition to energy level E1 to disposal. The three-level system is just one of the possible systems! can work after the molecular amplifier. There are also Systems with, for example, four or more levels, on their The explanation for the simplification is not discussed in detail here because they work analog. `: During the T: Tikrowellenberes_ch energy sources whose total energy has the same frequency and the same phase are available with sufficient power, light waves have not yet been able to be produced in this way. As a result, the quantum transitions excited by light energy do not take place in phase either. The synchronization of the emission of the atoms in the field of light and heat can be achieved in that the active material is cut into a rod with quantum transitions suitable for the purpose of amplification, for example a Hubin single crystal, the ends of which are high Precision ground and covered with an only partially reflective and thus partially permeable layer of silver. If the atoms of this rod are excited to the point of inversion by means of supplied pump energy, they return to their state of rest after a short time with the emission of all possible incoherent waves. However, some waves that travel along the axis of the crystal hit the reflective end faces and run back again. On the way back, they trigger further waves of the same frequency and phase in the excited atoms that pass through them, so that an intensifying wave train is created, which is partly let through by the opposite silver layer, partly thrown back and is further intensified as the pump energy is continuously supplied . If the reflective walls are designed correctly, a standing wave is created which, with sufficient pump power, can emit energy to the outside through the permeable walls. The waves that arise in this way are strongly bundled, since only the energy that runs exactly along the crystal axis looks like a reflection at the ends and thus an amplification. In addition to the light waves of signal frequency excited in the axial direction of the rod, many other light waves are also excited by scattering or diffraction at the end faces of the rod. The pump energy is supplied in lighting devices in which the light from the pump light source is transmitted as completely as possible to the active material by means of a mirror system.

Bekannt ist eine Anordnung, bei der ein elliptisch-zylindrischer Hohlspiegel Verwendung findet, längs dessen einer Brennlinie die Pumplichtquelle und längs dessen anderer Brennlinie das aktive Material angeordnet ist. TJeiter sind Beleuchtungseinrichtungen beschrieben worden, bei denen der Hohlspiegel als Rotationsellipsoid ausgebildet ist, in dessen Brennpunkten oder in denen exfokal die Pumplichtquelle und das aktive Material vorgesehen sind.An arrangement is known in which an elliptical-cylindrical concave mirror Is used, along which a focal line the pump light source and along which other focal line the active material is arranged. TJeiter are lighting devices have been described in which the concave mirror is designed as an ellipsoid of revolution is, in whose focal points or in those exfocally the pump light source and the active one Material are provided.

Optische Festkörper-Holekularverstärker haben die Eigenschaft, daß sich das aktive I:Iaterial während des Pumpprozesses durch Erwärmung in seinen Dimensionen ändert. So ist es bekannt, daß es zu einer Verbiegung des Stabes und zu einer Verstimmung des optischen Resona tors führt, wenn das Pumplieht unsymmetrisch zur Stabachse absorbiert wird. Das Schwingungsverhalten eines solchen optischen T.Iolekularverstärkers ist dann instabil und z.B. bei Rubin-Lasern durch eine unregelmäßig- 2mission der einzelnen Moden gekenna®ichnet.Solid-state optical molecular amplifiers have the property that the active material is heated in its dimensions during the pumping process changes. So it is known that it leads to a bending of the rod and a detuning of the optical resonator leads when the pump is asymmetrical to the rod axis is absorbed. The vibration behavior of such an optical molecular amplifier is then unstable and e.g. with ruby lasers due to an irregular 2mission of the individual modes are identified.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darint einen tolekularverstärker zu realisieren, bei dem in einfacher Weise eine Verstimmung des optischen Resonators durch Verbiegung des aktiven Materials unter der Einwirkung des Pumplichtes ohne Verminderung der Pumpenergiezufuhr oder aufwendigere Kühlung vermieden wird. Diese Aufgabe wird.bei einem Molekularvexstärker für ira 7,ereich der optischen Frequenzen gelegene -,iellen mit einem Resonator, der das für die =':.olekularverstärkung aktive __:ateri.a_ enthält, das in einer normal zur Achse des aktiven l;ateria,ls gelegenen Ebene für verschiedene RichtLLngen unterschiedliche Pumplichtabsorptionswerte hat, einer Vorrichtung zur a11-- seitig auf die Achse des aktiven Materials bz-vi. de-s `@esona.- tors gerichteten 'uführung von Puniplichtenergie, einer -@us- koppelvorrichtung und vorzugsvjeise auch einer .iilinkopnel- vorrichtung für das Signallicht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein optisches Filter vorgesehen =s-t, das eine derart unterschiedlich; Intensitätsverteilung des einfallenden Pumplichts in der normal zur Achse des aktiven -ater Tals gelegene Ebene beT,#iirkt, daß die @-.n den verschie- denen :;:lichtungen :fieser Ebene vorhandenen Unterschiede des @Lbsorptionsv."ertes des aktiven 1._aterials kompensiert werden. 7war ist die Verwendung optischer Filter in optischen J..:ole- . kularverstärkern bereits bekannt, `jedoch dienen diese 2i_lter der sperftralen Beschneidung des Frequenzbandes der Puniplicht- quelle. Die Kompensation der ßchwankungen des Absorptionswertes ist für die :verschiedensten Querschnitte des aktiven 1.'aterials . möglich, auch wenn nur ein Teil des aktiven l'ater--ials zur Pumplichtabsorption und 1:iolekularverstärkung dient. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,caaß als optisches Filter ein Glaskolben der Pumplichtquelle vorgesehen ist und daß dieser Glaskolben derart unterschiedlich lichtdurchlässig ausgebildet ist, daß die geforderte Intensitätsverteilung des Pumplichtes gegeben ist. Vorteilhaft ist auch, v"enn an Stelle eines optischen Filters ein brechender Körper ungleichförmiger Dicke mit der Jirkung einer Zinse vorgesehen ist.The object on which the invention is based now consists in realizing a molecular amplifier in which detuning of the optical resonator by bending the active material under the action of the pump light is avoided in a simple manner without reducing the pump energy supply or more complex cooling. With a molecular vex, this task becomes stronger for ira 7, range of optical frequencies -, cells with a Resonator that is active for molecular reinforcement __: ateri.a_ contains, in a normal to the axis of the active l; ateria, ls located level for different directives different Pump light absorption values, a device for a11-- side on the axis of the active material bz-vi. de-s `@esona.- directional supply of punctual energy, a - @ us- coupling device and preferably also a .iilinkopnel- device for the signal light, according to the invention thereby solved that at least one optical filter is provided = st, the one so different; Intensity distribution of the incident pump light in the normal to the axis of the active -ater valley level, # i has the effect that the @ -. n the different those:;: clearings: nasty level existing differences of the @Lbsorptionsv. "Value of the active 1._material can be compensated. 7war is the use of optical filters in optical J ..: ole-. ular amplifiers already known, `however, these 2i_lter the sperftral circumcision of the frequency band of the Puniplicht- source. The compensation of the fluctuations in the absorption value is for the: various cross-sections of the active material. possible even if only part of the active l'ater- ials for Pump light absorption and 1: molecular amplification is used. In an advantageous embodiment of the invention is provided, caass a glass bulb as an optical filter Pump light source is provided and that this glass bulb is designed to be differently translucent, that the required intensity distribution of the pump light given is. It is also advantageous if, instead of an optical filter, a refractive body of non-uniform thickness with the effect of an interest is provided.

:Li'ür die praktische Ausführang des Erfindungsgegenstandes ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur "uführung von Pumplichtenergie mit einem Hohlspiegel, vorzugsweise in Form eines--Paraboloids, eine:: :'.otationsellipso%cls o,'er eines elliptischen Zylinders ausgerüstet ist und wenn das aktive i::aterial und/oder die Pumplichtquelle fokal oder exfokal angeordnet sind.: It is for the practical implementation of the subject matter of the invention advantageous if the device for the supply of pumped light energy with a concave mirror, preferably in the form of a - paraboloid, a ::: '. otationsellipso% cls o,' he one elliptical cylinder and if the active i :: aterial and / or the Pump light source are arranged focally or exfocally.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

Die Figur 2 zeigt den Querschnitt eines Stabes 1 aus aktivem Haterial und die mit den Pfeilen 2 dargestellten Pumplichtstrahlen. Das Pumplicht 2 "veist an zwei gegenüberliegenden Seiiun des aktiven RZaterials 1, nämlich oben und unten in der Zeichenebene eine Verdichtung in der Richtung auf, die der Kristallrichtung geringster Absorption entspricht. Der Pfeil 3 stellt die Kristallachse des aktiven 1.=aterials dar. Die Figuren 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele von I-Jolekularf verstärkern, in denen die -uordnung des Pumplichtes 2 und des aktiven Materials 1 in der in der Figur 2 dargestellten Weise vorgenommen ist.FIG. 2 shows the cross section of a rod 1 made of active material and the pumping light rays shown by the arrows 2. The pump light 2 "disappears on two opposite sides of the active material 1, namely above and below in the plane of the drawing a compression in the direction that the crystal direction corresponds to the lowest absorption. The arrow 3 represents the crystal axis of the active 1. = aterials. Figures 3 and 4 show embodiments of I-Jolekularf amplify, in which the assignment of the pump light 2 and the active material 1 is made in the manner shown in FIG.

Die Pigur.3 zeigt einen Molekularverstärker, dessen Beleuchtungseinrichtung einen rotationselliptischen Hohlspiegel 4 mit den Brennpunkten 5 'und 6 enthält. Exfokal sind auf ges Rotationeaahse 11 das aktive Material 1 und die Pumplichtquelle 7 angeordnet. Das aktive Material 1 ist an seiner Stirnfläche 8 totalreflektierend und an. seiner Stirnfläche 9 teil-durchlässig verspiegelt. Die teildurchlässige Stirnfläche 9 ragt durch eine Öffnung-im Hohlspiegel.Pigur.3 shows a molecular amplifier and its lighting device a rotational elliptical concave mirror 4 with the focal points 5 'and 6 contains. The active material 1 and the pump light source are exfocally on the axis of rotation 11 7 arranged. The active material 1 is on his Face 8 totally reflective and on. its end face 9 partially transparent mirrored. the Partially transparent end face 9 protrudes through an opening in the concave mirror.

Die Pumplichtquelle 7 wird über die Ele ktr oden- 1 U mit Strom versorgt. Die Pumplichtquelle 7 ist von einem gläsernen Hohlzylinder 12 konzentrisch umgeben. Die Durchlässigkeit des Hohlzylinders 12 ist längs des (Talfanges so unterschiedlich, daß das von der 2umplichtquelle rotationssymmetrisch ausgehende Licht so auf das aktive i.-iaterial 1 fällt, daß die Intensitätsverteilung in ITmfangsrichtung senkrecht zur 1=,esonatorachse 11 derart ist, daß die Schwankungen des Absorptionswertes des aktiven Iäaterials längs seines Z'mfangs kompensiert werden. Die Verdichtung in einer bestimmten Ebene kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß das Rohr linsenförmig ungleiche Dicke aufweist.The pump light source 7 is supplied with power via the ele oden- 1 U. The pump light source 7 is concentrically surrounded by a glass hollow cylinder 12. The permeability of the hollow cylinder 12 is so different along the (valley catchment, that the light emanating from the double light source is rotationally symmetrical in this way active i.-iaterial 1 drops that the intensity distribution is perpendicular in the circumferential direction for 1 =, resonator axis 11 is such that the fluctuations in the absorption value of the active Iäaterials are compensated along its Z'mfangs. The compression in a certain plane can advantageously be achieved in that the tube is lens-shaped has unequal thickness.

Die ',`!irkungsweise der Anordnung ist folgende: Das von der Pumplichtquelle 7 ausgehende Licht trifft nach Durchgang durch den Hohlzylinder 12 nach einer oder auch mehreren @'.eflexionen am Hohlspiegel 4 auf das aktive i-_aterial 1. Werden die Atome des aktiven Materials 1 mittels dieser. zugeführten Pumpenergie zur Inversion angeregt, so fallen sie nach kurzer Zeit unter Aussendung von allen möglichen . inkohärenten "Drellen in ihren Ruhezustand zurück. Einige Wellen jedoch, die längs der Rotationsachse 11 verlaufen, treffen auf die Verspiegelungen 8 und 9 und laufen wieder zurück. Sie lösen auf dem@Rückweg in den angeregten Atomen, die sie durohqueren', weitere Viellen derselben Frequenz und auch Phase aus, so daß ein sich verstärkender Wellenzug . entsteht, der von der teilweise verspiegelten Stirnwand 9 teils durchgelassen teils zurückgeworfen wird und sich bei laufender, Zuführung von Pumpenergie weiter verstärkt. Es entsteht eine stehende 'Delle, die bei ausreichender Pump- leistung durch die teildurchlässige Stirnviand 9 Energie nach außen abgibt. Das rilter 12 ist längs seines Um- fanges so unterschiedlich. durchlässig, daß das von der Pumplichtquelle 7 ausgehende Mcht nach der Reflexion am Hohlspiegel 4 mit einer solchen Intensitätsverteilung auf das definiert orientierte ali-tive Haterial 1 fällt; wie cs in. der Figur 2 dargestellt ist. Dadurch wird einer Ver- biegung des aktiven :..laterials durch ungleichmäßige Beleuch- tung und Erwärmung und damit Veränderung der Resonator- geometrie mit ihren unerwünschten 2 olgen vorgebeugt. Die Figur 4 zeigt einen .lolelcLr:1.arverstärker, dessen Beleuch- tungseinrichtung aus einem aufgeschnittenen.dargestellen elliptisch zylindrischen Hohlspiegel 15 mit den Seitenwänden 14 und 15, dem aktiven I,_aterial 1, das längs der Brennlinie 15 angeordnet ist und der Bumplichtquelle 7 besteht, die sich läilgs der Brennlinie 17 befindet. Das aktive 1.aaterial 1 ist an seiner Stirnwand c; totalreflektierend und an seiner Stirn- wand y, die sich in einer 'vffnung der Seitenwand 15 befindet, teildurchlässig verspiegelt. :Die 2umplichtquelle 7 wird über die :eilektroden 10 mit ütrom versorgt. ?wischen dem aktiven ?7aterial 1 und der Pur_ip I_.chtquelle 7 befindet sich eine plane 'ilterscheibe 18, die in Richtung der Kante 19 unterschiedlich durchlässig ist.- D-*-,e ':irkungslreise des i.Tolel:ularverstärkers entspricht der des in der Figur 3 dargestellten @,"olekularverstärkers. Das von der Pumplichtquelle `( ausgehende Licht durchdringt hier nach oder vor der Reflexion am elliptisch zylindrischen Hohlspiegel 13 das Filter 18 und fällt, infolge der unter- schiedlich gewählten Durchlässigkeit des Filters 18 mit einer solchen Intensitätsverteilung auf das definiert orientierte aktive Iaterial 1 , wie es in der Figur L' .d@wr- gestellt. Bei dieser Anordnung wird ebenfalls einer Tier- biegung des al=tiven .@ateric@,l infolge Llngleichiaaßi gor Deleucritung und einert@er@:nderung der Resonatorgeometr ie mit ihren uxlerv,ünschtezi Folgen vorgebeugt. Anstelle des Filters kann auch hier vorteilhaft eine linsenähnliche: Scheibe ungleicher Dicke verwendet werden. in den Figuren 5 und 4 werden der Ubersi.chl:.i_chl#-eit halber die an sich bel,iann-ter_ 7.'efeo-tig!;t-#zgselejllente für die pumm- . lichtguell e, das Filter und das aktive :;@aeri a1 nicht dargestellt. The mode of operation of the arrangement is as follows: The light emanating from the pump light source 7 hits the active material 1 after passing through the hollow cylinder 12 after one or more reflections on the concave mirror 4 Materials 1 by means of this. supplied pump energy stimulated to inversion, they drop after a short time with emission of all possible. However, some waves that run along the axis of rotation 11 hit the reflections 8 and 9 and run back again Frequency and also phase off, so that an intensifying wave train arises, which is partly let through partly thrown back by the partly mirrored end wall 9 and is further strengthened with the ongoing supply of pump energy there is a standing 'dent', which with sufficient pumping performance through the partially permeable forehead viand 9 energy gives off to the outside. The rilter 12 is along its circumference catch so different. permeable that that of the Pump light source 7 outgoing power after reflection on the concave mirror 4 with such an intensity distribution falls on the defined oriented ali-tive material 1; how cs is shown in FIG. This will result in a bending of the active: .. material due to uneven lighting tion and heating and thus change in the resonator geometry with its undesirable 2 lengths prevented. Figure 4 shows a .lolelcLr: 1.ar amplifier whose lighting processing device from a cut open.dargestellen elliptically cylindrical concave mirror 15 with the side walls 14 and 15, the active I, _material 1, along the focal line 15 is arranged and the Bumplichtquelle 7, which is Läilgs of the focal line 17 is located. The active 1.a material is 1 on its front wall c; totally reflective and on his forehead wall y, which is located in an opening in the side wall 15, partially transparent mirrored. : The 2umplichtquelle 7 is over which: supply electrodes 10 with electricity. ? wipe the active ? 7material 1 and the Pur_ip I_.chtquelle 7 is a plane 'ilterscheibe 18, which in the direction of the edge 19 different is permeable. D - * -, e ': irklreise of the i.Tolel: ular amplifier corresponds to the of the @, "molecular amplifier shown in Figure 3. Das from the pump light source `(outgoing light penetrates here after or before the reflection on the elliptical cylindrical Concave mirror 13 the filter 18 and falls, due to the under- differently selected permeability of the filter 18 with such an intensity distribution is defined on that oriented active Iaterial 1, as shown in the figure L '.d @ wr- posed. In this arrangement, an animal bend of the al = tive. @ ateric @, l as a result of Llngleichiaassi gor Deletion and unification of the resonator geometry with their uxlerv, ünschtzi consequences prevented. Instead of Filters can also advantageously have a lens-like: Disc of unequal thickness can be used. In Figures 5 and 4, Ubersi.chl: .i_chl # is used for the sake of it the in itself bad, iann-ter_ 7.'efeo-tig!; t- # zgselejllente for the pumm-. lichtguell e, the filter and the active:; @ aeri a1 not shown.

Claims

fatentanspl: - ü che

iD- _ molecular amplifier for ii, l T; er e. @ ch the optical: -1 rre- r._uenzenalya ', Vellen iii with a 721esoilator, the for ciie Iolecular reinforcement contains active 1 _atcrial, the ybene located in a normal @u of its axis for different -.- 'i chtur_gen different PuL.plr_cht- abs02-p-bio21s'rd (: rtc- hza.t, a device for all-round on the axis of the active #, yater i; 3.ls lesonator gc: r i.chteten:; delivery of pumping light energy, an ': double device and preferably also a iii`._ni # -oppel- voi-direction for the signal light t, thereby marked, c.ass where - ligatc: ils an optical filter is provided that such a uilterachiedl? .che int, entity distribution of the incident pump light in the normal to the axis of the active material has the effect that the in dell different ß-1, _chtu}? gen this practice ne existing TTr @ ter differentiated the absorption value of the active T '"aterials ..be compensated. i: molecular amplifiers according to claim 1, characterized in that that only part of the active material is used for pumping light absorption unä = olekularverst, # ir, tion is provided. 1.: Molecular enhancer according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a glass bulb as the optical filter the I> uziplichtnuelle is provided, and that this glass pistons so differently translucent is that the required intensity distribution the pump light is given.

4.? `:." Molecular amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that, instead of an optical filter, a refractive body of non-uniform thickness with the effect of an interest is provided. that the device for supplying pumping light energy is equipped with a concave mirror, preferably in the form of a parabolic mirror, an ellipsoid of revolution or an elliptical cylinder, and that the active material and / or the pumping light source are arranged focally or eifocally.