DE1472247B2 - Vorrichtung zum fokussieren eines strahles optischer wellenenergie laengs einer uebertragungsstrecke - Google Patents

Description

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Mittel, beispielsweise elektrische Heiz- bzw. Kühl- ten werden daher eingeebnet, d. h., der Lichtstrahl vorrichtungen, erzeugt wird, die eine der äußeren wird streng parallel verlaufend gehalten.
Form einer Sammellinse oder Zerstreuungslinse ent- Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird sprechende Verteilung bewirken. Die Verwendung der Brechungsindex in Querrichtung geändert durch solcher Gaslinsen statt üblicher Glaslinsen in perio- 5 Ändern des Temperaturgradienten, und damit der dischen Abständen längs der Ubertragungsstrecke Dichte, eines gasförmigen Mediums niedrigen Überführt zwar zu einer geringeren Einsatzdämpfung, tragungsverlustes, mit dem eine hohle Leitung gefüllt bringt aber gegenüber diesen keine Verbesserung be- ist, wobei längs der Achse derselben die zu übertrazüglich der möglichst ungestört aufrechtzuerhalten- gende Wellenenergie fortschreitet. Der Gradient wird den Phasenkohärenz des Strahls. Eine gute Phasen- io durch periodisches Umschließen der Strahlperipherie kohärenz ist aber zur verzerrungsfreien Signalüber- mit Hilfe wendeiförmiger Heizelemente erzeugt, tragung unabdingbares Erfordernis. Letztere können entweder durch eine einzige Wendel

Zur Lösung dieses Problems wird nun ausgegan- oder durch ein Paar ineinander gewickelter Wendeln

gen von einer Vorrichtung zum Fokussieren eines gebildet sein, von denen jede die doppelte Steigung

Strahls optischer Wellenenergie längs einer Über- 15 der einzelnen Wendel besitzt. Alternativ hierzu kann

tragungsstrecke mit einer den Strahl umhüllenden der Gradient durch mehrere elektrisch miteinander

Leitung, deren Querschnittsabmessungen größer als verbundene Heizringe erzeugt werden, die den Strahl

die Wellenlänge der vom Strahl geführten Wellen- umgeben und in geeigneten Abständen längs des

energie und unabhängig hiervon sind, derart, daß die Strahls angeordnet sind. Die Temperatur der äußeren

Dimensionen des Strahls im allgemeinen unabhängig ao Leitung wird unterhalb der Temperatur der Heiz-

von denen der Leitung sind, und mit einer Anord- elemente gehalten.

nung in der Leitung zur Änderung der Brechungs- Die vorstehenden Anordnungen sind insbesondere indexverteilung über dem vom Strahl eingenomme- vorteilhaft, wenn sie in Verbindung mit Einrichtunnen Teil des Leitungsquerschnittes zum Erhalt einer gen verwendet werden, die zum Führen eines opti-Linsenwirkung, und die Erfindung besteht darin, daß as sehen Strahls längs eines gekrümmten Teiles der die Leitung in an sich bekannter Weise ein in Längs- umschlossenen Leitung dienen. So wird der Teil des richtung kontinuierliches gasförmiges Medium nie- den Strahl führenden Mediums, der am dichtesten drigen Brechungsindexes aufweist und daß die An- an den äußeren Stäben des gekrümmten Teiles geordnung zumindest ein Heizelement aufweist, das die legen ist, mit Hilfe einer Heizhilfseinheit aufgeheizt, Übertragungsstrecke in periodischen Intervallen eines 30 die längs des äußeren Teiles der gekrümmten Obervorbestimmten Abstandes umgibt, um einen Tem- fläche angeordnet ist. Diese Methode dient zur weiperaturgradienten in dem Medium zwischen der Lei- teren Erhöhung des Gradienten in Querrichtung tungsachse und der äußeren Begrenzung des Strahl- innerhalb des gekrümmten Teiles, wodurch der weges zu erzeugen, derart, daß die Temperatur in Strahl auf die Längsachse desselben besser begrenzt der Strahlachse kleiner als an der äußeren Begren- 35 wird,
zung des Strahls ist. Im folgenden ist die Erfindung an Hand der

Nach der Erfindung handelt es sich also im Effekt Zeichnung beschrieben; es zeigt
um die Erzeugung einer auf der ganzen Leitungs- Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Auslänge zur Leitungslängsachse weitgehend zylinder- führungsform der Erfindung,
symmetrischen Verteilung des effektiven Brechungs- 40 Fig. IA eins Detailansicht in Richtung der Pfeile indexes, die demgemäß für jeden betrachteten Lei- la der Fig. 1,

tungsquerschnitt auf der ganzen Leitungslänge Fig. 2 in schematischer Darstellung eine weitere

identisch oder zumindest weitgehend identisch ist. Ausführungsform der Erfindung,

Eine solche Brechungsindexverteilung liegt aber bei F i g. 3 in schematischer Darstellung eine modifi-

Verwendung eines diskreten Linsenelements, sei dieses 45 zierte Struktur ähnlich der Fig. 2 ium Führen-Von

nun' eine Gas- oder eine Festkörperlinse, nicht vor; Wärmeenergie dea optischen Strahlbereiches l'ängs

denn hier ist die Brechungsindexverteilung vor und einer Leitungskrümmung, ·

hinter dem Linsenelement eine andere als im Linsen- Fig. 4 eine Teilansicht zweier ineinander g'ewik-

element selbst, d. h., die Brechungsindexverteilung ist kelter Wendeln, die an Stelle der in der Anordnung

nicht für jeden beliebigen Leitungsquerschnitt die 50 nach Fig. 1 verwendeten; einzelnen Wendel als

gleiche. Nach der Erfindung wird also der natürlichen inneres Heizglied mit Vorteil verwendet werden

Auffächerungstendenz eines Laserstrahls auf der gan- kann. i- ·

zen Leitungslänge praktisch kontinuierlich entgegen- In den Figuren sind gleiche Teile mit entsprechengewirkt, und nicht diskontinuierlich, wie dies bei Ver- den Bezugsziffern bezeichnet,
wendung diskreter, in bestimmten Abständen hinter- 53 Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist ein einander in den Strahlengang gestellter Linsenglieder Rohr oder einet Rohrleitung 10 auf, die beispielsder Fall ist. Die Phasenkohärenz des Laserstrahls weise zwischen einigen hundert Meilen voneinander bleibt daher ersichtlich weit ungestörter, wobei Re- entfernt liegenden Städten verläuft (die in der Flg. 1 flexionsverluste praktisch vermieden sind. etwa in der Mitte eingezeichnete Unterbrechung der

Die Fokussierwirkung kommt dadurch zustande, 60 Leitung soll für den Umstand stehen, daß es unmögdaß wegen der in den Randzonen des Strahls höhe- lieh ist, eine Leitung dieser Länge zeichnerisch verren Temperatur hier die Dichte und damit auch die nünftig darzustellen). Die Leitung hat Querschnittsoptische Dichte kleiner ist als in der Strahlachse, abmessungen, die im Vergleich zur Wellenlänge der mithin die achsnahen Strahlenbüschel, weil im hierin geführten Wellenenergie groß sind. Während optisch dichteren Medium verlaufend, gegenüber den 63 ein Durchmesser von 100 Wellenlängen typisch sein randnahen Strahlenbüscheln verzögert werden. Die würde, kann er sich auch »wischen 10 bis mehrere wegen der natürlichen Auffächerungstendenz des tausend Wellenlängen ändern, und zwar in Abhän-Strahls an sich schwach konvexen Lichtwellenfron- gigkeit von der Frequenz der geführten Wellenener-

gie und vom transportierten Energiebetrag (Strahlgröße). Die Leitung 10 ist aus einem Material hergestellt, das gegenüber Gas undurchlässig und ein guter Wärmeleiter ist, so daß hierin keine scharfen Temperaturgradienten entstehen können.

Geeignete Materialien sind beispielsweise zahlreiche Kunststoffe und Metalle einschließlich Kupfer, Aluminium, Stahl od. dgl. Die Leitung 10 wird vorzugsweise dazu verwendet, die Ubertragungsstrecke 16 einzuschließen, so daß ein hindurchgeschickter Laserstrahl geschützt wird, der sonst, wie vorstehend erwähnt worden ist, längs der Ubertragungsstrecke atmosphärischen Änderungen, wie Regen, Schnee, Hagel, Nebel, Staub u. dgl., ausgesetzt sein würde. Für den Fall, daß, wie vorstehend gleichfalls erwähnt worden ist, eine Geheimhaltung wichtig ist, ist das Material der Leitung 10 vorzugsweise opak gegenüber Energie des optischen Frequenzbereiches. Die Leitung 10 kann kreisförmigen, quadratischen, ovalen, dreieckigen, rechteckigen oder anderweitig geformten Querschnitt besitzen, solange sie nur dazu dient, eine Wendel 12 und die Übertragungsstrecke 16, längs derer der Energiestrahl übertragen werden soll, adäquat einzuschließen. Normalerweise wird es vorgezogen, entsprechende Querschnittsformen für Leitungsweg und Heizelemente zu verwenden.
'-: Dio ais nächstes zu beschreibende Wendel 12 ist eine Röhrwendel mit einer Steigung (Abstand zwischen gleichwertigen Punkten aufeinanderfolgender Windungen der Wendel) von beispielsweise etwa 2,5 cm. Sie besitzt ein Eingangsende 20 und ein Ausgangsende 22, das von der Leitung 10 eingeschlossen ist, und ist so gewickelt, daß sie die äußere Oberfläche der Ubertragungsstrecke 16 begrenzt, die zur Übertragung eines Laserstrahls oder eines anderweitigen Strahls vorgesehen ist. Die Querschnittsform der Ubertragungsstrecke 16 kann kreisförmig, oval, quadratisch oder eine anderweitige Form haben. Das Material der Rohrwendel 12 kann eines der vorstehend für die Leitung 10 genannten sein. Die Steigung der Wendel sollte zumindest gleich der größten Querschnittsabmessung der Ubertragungsstrecke 16 sein, da es sonst schwierig wird, Temperaturgradienten beachtlicher Größe in Querrichtung zur Übertragungsstrecke aufrechtzuerhalten.

Halteglieder 11 niedriger Wärmeleitfähigkeit sind in geeigneten Intervallen längs der Leitung 10 angeordnet und dienen zur Halterung der Wendel 12 in Ausrichtung mit der Leitung 10.

Eine zweckmäßige Form des Gliedes 11 ist in der Fig. IA dargestellt, wobei angenommen ist, daß die Leitung 10 kreisförmigen Querschnitt besitzt. Eine Bohrung 15 umgibt das Rohr der Rohrwendel 12 zu etwa ³A des Umfanges in dichtem Sitz, während das der Übertragungsstrecke 16 zugekehrte letzte Viertel des Rohres 12 frei bleibt. Eine zentrale Bohrung 13 bildet einen Durchlaß für die Ubertragungs-¹ strecke 16. Ausgeschnittene Teile 17 an den Seiten gestatten zusammen mit der Bohrung 13 einen leichten Durchgang des innerhalb der Leitung 10 strömenden Gases.

Eine zweite Rohrwendel 14, die gleichfalls aus einem der vorstehend erwähnten Materialien bestehen kann, besitzt ein Eingangsende 26 und ein Ausgangsende 28 und ist auf die Außenfläche der Leitung 10 in inniger Berührung mit derselben aufgewickelt.

Für ein viele Meilen langes System empfiehlt es sich, eine Mehrzahl Wendeln 12 und 14 bequem handzuhabender Einzellängen hintereinanderzuschalten, wobei die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsenden zweckmäßig zu Wartungszwischenstationen herausgeführt sind. Die spezielle Ausbildung dieser Anordnungen sind ins Belieben des Fachmannes gestellt.

Dünne Glasplatten 18 aus optischen Gläsern höchster Güte sind vorzugsweise an jedem Ende der

ίο Leitung 10 vorgesehen; ferner sind benachbart jedem Ende Gasdurchlässe 24 vorgesehen, die mit Ventilen 23 versehen sind. Gleiches gilt sinngemäß für die vorstehend erwähnten zwischenliegenden Enden für den Fall, daß die Leitung 10 in mehrere Teilstücke unterteilt ist. Der Zweck dieser Maßnahmen liegt darin, eine im wesentlichen ideale Atmosphäre innerhalb der Leitung 10 aufrechtzuerhalten, wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben werden wird. Während des Betriebes wird die innere Rohrwendel 12 erwärmt, beispielsweise durch Hindurchschicken von warmem Wasser oder eines anderen Heizmittels, das von einer Quelle 21 herrührt. Die ν Erwärmung der Wendel 12 beträgt einige Grade, z. B. 8° C, über die »übliche Temperatur« der Leitung 10 hinaus.

In gleicher Weise wird die Leitung 10 auf ihrer »üblichen Temperatur« durch Hindurchschicken von Kühlwasser oder eines anderen Kühlmittels geeigneter Temperatur und Durchflußmenge, herrührend von einer Quelle 25, durch die äußere Rohrwendel 14 hindurch gehalten, so daß die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen der Wendel 12 und der Leitung 10 aufrechterhalten wird.

Die Ausgangsenden 22 und 28 der Rohrwendeln 12 und 14 sollten selbstverständlich mit geeigneten Auffangeinrichtungen verbunden sein. Alternativ hierzu können das abfließende Kühl- und Heizmittel aufgefangen, geeignet aufbereitet und wieder verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise die Anordnung so getroffen sein, daß die Strömungsrichtung durch die entsprechenden Rohrwendeln periodisch umgekehrt wird, nachdem geeignete Kühl- und Heizmittelmengen an den jeweiligen Ausgängen konditioniert worden sind.

Alternativ hierzu kann die innere Rohrwendell2 auch dadurch erwärmt werden, daß durch einen innerhalb der Wendel untergebrachten elektrischen Widerstandsdraht oder durch einen die Rohrwendel

■ 12 ersetzenden Widerstandsdraht ein elektrischer Strom entsprechender Stärke hindurchgeschickt wird. Die Leitung 10 wird zweckmäßigerweise entsprechend der bei Übertragungsleitungen üblichen Praxis mit trockener Luft oder irgendeinem anderen, im wesentlichen inerten trockenen Gas oder einer trokkenen Gasmischung unter zumindest leichtem Über-, druck gefüllt, so daß ein Eindringen atmosphärischer Luft in das Leitungsinnere verhindert wird. Beispielsweise wird hierzu Kohlendioxyd in den Vorrichtungen gemäß der Erfindung in manchen Fällen verwendet, da der Brechungsindex von Kohlendioxyd etwas größer ist als der der meisten Gase. Das Aufrechterhalten einer gesteuerten, im wesentlichen idealen und sich nicht ändernden Atmosphäre innerhalb der Leitung 10 beseitigt jegliche Notwendigkeit einer Neueinstellung der Systemparameter, z. B. der Temperaturen der Wendel 12 und der Leitung 10, mit dem Ziel, äußere atmosphärische Änderungen des Druckes, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit öder

Änderungen durch mögliche Verunreinigungen durch Rauch, Staub od. dgl. zu kompensieren, wie dies der Fall sein würde, wenn Umgebungsluft frei in die Leitung eintreten könnte.

Da das Gas an den benachbart zur Oberfläche der inneren Wendel 12 gelegenen Stellen erwärmt wird, nimmt seine Dichte an diesen Stellen ab, folglich werden die Randstrahlen des Laserstrahls, die dicht an der Wendel 12 vorbeilaufen, dazu tendieren, gegen die Achse des Laserstrahls hin abgelenkt zu werden. Von den benachbart der Wendel im Gas entstehenden Konvektionsströmungen wird angenommen, daß diese die Fokussier- oder Ablenkungswirkung des Gesamtsystemes verstärken. Die Gesamtwirkung der Anordnung nach Fig. 1, wenn diese geeignet proportioniert und eingestellt worden ist, ist daher die, die Zerstreung des Energiestrahls wesentlich zu verringern und denselben auf die beabsichtigte Übertragungsstrecke 16 im Mittelpunkt der Leitung zu zwingen.

Die stirnseitigen Glasplattenabschlüsse 18, die so dünn wie möglich unter Berücksichtigung des Drukkes und der normalerweise auftretenden Spannungen sein sollten und aus optischem Glas höchster Qualität mit genau planparallelen Oberflächen bestehen sollten, sind an jedem Ende der Leitung 10 angeordnet und dienen, wie vorstehend erwähnt worden ist, dazu, den Austritt des Füllgases aus der Leitung zu verhindern. Eine Turbulenz innerhalb des Gases sollte möglichst klein gehalten werden. So sollte beispielsweise zusätzliches Gas, das zur Aufrechterhaltung des gewählten Betriebsdruckes notwendig ist, langsam eingeführt werden, ferner sollten mäßige Temperaturdifferenzen zwischen der Wendel 12 und der Leitung 10 verwendet werden, und gegebenenfalls erforderliche Spülvorgänge sollten während derjenigen Zeitspannen vorgenommen werden, in denen die Übertragungsstrecke nicht zur Signalübertragung verwendet wird.

Ein Gasdurchlaß 24, der mit einem Ventil 23 versehen ist, ist an jedem Ende vorgesehen sowie zweckmäßigerweise an zwischenliegenden Stellen im Falle eines langen Systems, so daß die Leitung anfänglich und in als vorteilhaft befundenen Intervallen gespült werden kann, damit unerwünschte Gase aus der Leitung entfernt werden, anschließend kann dann die Leitung mit dem ausgewählten Gas oder der ausgewählten Gasmischung gefüllt und auf dem vorbestimmten Betriebsdruck gehalten werden. Als Betriebsdruck wird, wie vorstehend erwähnt worden ist, üblicherweise ein Überdruck gewählt, der zumindest ausreicht, daß ein Eindringen von Umgebungsluft in die Leitung unwahrscheinlich ist. Die Verwendung eines noch höheren Überdruckes verursacht eine Zunahme der »Linsenwirkung« oder Fokussierwirkung. Anordnungen zum Spülen, Füllen und Aufrechterhalten eines bestimmten Druckes in gasgefüllten Übertragungsleitungen sind allgemein bekannt und werden in der Technik verbreitet benutzt, so daß sich eine ins einzelne gehende Beschreibung derselben erübrigen kann.

In zahlreichen Fällen ist die Kühlwendel 14 auf der Außenfläche der Leitung 10 nicht erforderlich, z. B. wenn die Leitung in einer größeren Wassermenge eingetaucht ist (Unterwasserkabel) oder wenn die Leitung in genügender Tiefe innerhalb der Erde verlegt ist, so daß sie sich im wesentlichen auf konstanter Temperatur, die durch die Umgebungstemperatur bestimmt ist, befindet. Alternativ kann ein ausreichendes Kühlen in einigen Fällen auch durch die Umgebungsatmosphäre bewirkt werden, insbesondere dann, wenn Kühlrippen (nicht dargestellt) am Außenumfang der Leitung angeordnet sind. In einigen seltenen Fällen, in denen die Umgebungsbedingungen im wesentlichen konstant sind, ist es möglich, die Leitung 10 ganz weglassen zu können, wie dies beispielsweise in großen Gebäuden mit langen Gängen und Kanälen der Fall ist, die nur teilweise durch Versorgungsleitungen u. dgl. ausgefüllt sind.

In anderen Fällen ist es beispielsweise möglich, daß Teile der Leitung zu bestimmten Zeiten intensiver direkter Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind und dicht benachbart an Heißdampfleitungen od. dgl. vorbeiführen. In diesen Fällen kann es notwendig sein, eine entsprechende Wärmeisolation an solchen exponierten Leitungsteilen vorzusehen, so daß eine im wesentlichen gleichförmige Leitungstemperatur über die gesamte Länge und den gesamten Umfang leicht aufrechterhalten werden kann.
. Wärmeverluste von der inneren Wendel 12 an die Leitung 10 können offensichtlich durch Vergrößern des Durchmessers der Leitung reduziert werden, wodurch ein größerer Abstand zwischen den Wänden der Leitung 10 und der Wendel 12 erreicht wird.

Die Fokussierwirkung der Anordnung nach F i g. 1 ist etwa proportional zur pro Längeneinheit der Leitung 10 vorgesehenen Länge der Rohrwendel 12 und zur Temperaturdifferenz zwischen der Rohrwendel 12 und der Leitung 10.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht in seinem allgemeinen Aufbau dem nach Fig. 1, ausgenommen, daß die innere Wendel 12 der Anordnung nach Fig. 1 durch im Abstand voneinander angeordnete ringförmige elektrische Heizeinheiten ersetzt worden ist. Die Einheiten 30 sind längs der Achse der Leitung 10 miteinander ausgerichtet, und die Mittelbohrungen der Einheiten 30 gestatten den Durchgang des Laserstrahls längs der Ubertragungsstrecke 16. Die in den Einheiten 30 vorgesehenen Bohrungen sollten im Hinblick auf beste Ergebnisse im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie die Ubertragungsstrecke 16 besitzen, längs der der Energiestrahl übertragen wird. Die Heizeinheiten 30 können, wie gezeichnet, miteinander elektrisch in Serie geschaltet sein, und zwar über Leiter 34, 35 und 36, und über einen Regelwiderstand 28 an' eine Speisespannungsquelle 32 angeschlossen sein. Jede Einheit 30 kann innerhalb der Leitung 10 mit Hilfe mehrerer kleiner Abstandselemente 19 zentriert sein, die aus einem Material niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen.

Die Einheiten 30 der F i g. 2 sollten in gegenseitigen Abständen voneinander innerhalb der Leitung 10 untergebracht werden, so daß die Summe aller Ringumfänge im wesentlichen gleich der Länge des Rohres ist, das zur Wendel 12 der F i g. 1 aufgewickelt worden ist, um eine vergleichbare Wirkung zu erzielen. Der Minimalabstand zwischen den Einheiten 30 sollte im wesentlichen der gleiche sein, wie dies für die Minimalsteigung der Rohrwendel 12 der Fig. 1 beschrieben worden ist. Die übrigen Merkmale der Anordnung der Fig. 2 können mit den entsprechenden der Anordnung nach Fig. 1 identisch sein, sie sind daher in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es kann insoweit auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden.

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Wie das System der Fig. 1 kann auch das der Fig. 2 einige hundert Meilen lang sein. In der F i g. 3 ist eine Anordnung der Erfindung dargestellt, die dafür ausgelegt ist, den Laserstrahl oder einen Energiestrahl des optischen Frequenzbereiches längs eines gekrümmten Teiles einer Übertragungsstrecke der in Rede stehenden Art zwangszuführen.

Wie aus der F i g. 3 hervorgeht, ist die Leitung 60 so gekrümmt, daß im wesentlichen eine Richtungsänderung von 45° entsteht. In der Praxis wird normalerweise ein wesentlich größerer Krümmungsradius als der in der Zeichnung dargestellte verwendet. Er beträgt beispielsweise 100 m. Der in der Zeichnung gewählte Krümmungsradius ist der besseren Übersicht halber gegenüber den übrigen Teilen stark verkleinert.

Die Anordnung nach F i g. 3 weicht von den vorstehend beschriebenen Anordnungen dahingehend ab, daß eine zusätzliche Heizeinheit 40 innerhalb der Leitung 60 längs des gekrümmten Teiles derselben so angeordnet ist, und zwar dicht benachbart zu den Heizelementen 30 auf der Außenseite der Krümmung. Halteelemente 4 aus einem Material niedriger Wärmeleitfähigkeit halten die Heizeinheit 40 innerhalb der Leitung 60 in Stellung.

Innerhalb der Leitung 60 sind im Abstand voneinander angeordnete Heizringe 30 vorgesehen, die im wesentlichen die gleichen sind wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Alternativ hierzu könnte auch eine Wendel von der in der Fig. 1 oder in der Fig. 4 beschriebenen Art als Heizeinrichtung verwendet werden. Die Heizeinheit 40 ist über Leitungen 46,48 und 50 sowie über einen Regelwiderstand 44 mit einer Speisespannungsquelle 42 verbunden. Durch Erwärmen der Außenseite des benachbart den Ringen 30 gelegenen Gebietes längs des gesamten gekrümmten Teiles der Leitung 60 nimmt die Dichte des an diesen Stellen vorhandenen Gases der Leitung 60 einen kleineren Wert an, und die Einzelstrahlen des Strahles werden in Richtung der Kurve abgelenkt. Dieser Effekt, zusammen mit dem der im Abstand voneinander angeordneten Heizringe 30, wird dann so eingestellt, daß der Laserstrahl der Krümmung der Achse des Leiters 60 folgt.

Das System der F i g. 3 kann wie das der F i g. 1 und 2 gleichfalls einige hundert Meilen lang sein.

In der Fig. 4 ist eine Weiterbildung der Anordnung nach F i g. 1 dargestellt. Sie besteht im wesentlichen in der Verwendung zweier im wesentlichen identischen ineinandergewickelten Heizwendeln 80 und 82, die sich längs der Leitung 10 erstrecken und als Ersatz für die einzige Wendel 12 der F i g. 1 vorgesehen sind. Wie dargestellt, sind die Wendeln 80 und 82 in Längsrichtung gegeneinander um den halben Wert ihrer gemeinsamen Steigung versetzt. \

Die Steigung jeder der Wendeln 80 und 82 der Fig. 4 ist im wesentlichen doppelt so groß wie die der einzigen Wendel 12 der Fig. 1 im Hinblick auf einen vergleichbaren Fokussiereffekt gewählt. Jede Wendel 80, 82 umgibt die Übergangsstrecke 16 im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Wendel 12 der Fig. 1.

Diese Ausbildung wird als ein Mittel zum Eliminieren einer Tendenz betrachtet, wie diese bei der Verwendung einer einzigen Wendel (Fig. 1) gefunden wurde, nämlich einer Tendenz eines Verdrehens der Einzelstrahlen, die in Richtung auf die Strahlachse zurück reflektiert worden sind. Daher können auch kleinere Fehler im übertragenen Strahl, die dem Verdrehungsphänomen zugeordnet sind, gleichfalls vermieden werden. Im übrigen kann ein System, das unter Verwendung zweier ineinandergewickelter Wendern 80,82 aufgebaut ist, dem vorstehend im einzelnen beschriebenen System nach Fig. 1 entsprechen. ;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Patentansprüche· Laserstrahlen, also optischen Wellen, über große Entfernungen hinweg bestehen im wesentlichen dar-

1. Vorrichtung zum Fokussieren eines Strahls in, daß längs der Übertragungsstrecke aufeinander optischer Wellenenergie längs einer Übertragungs- folgende Linsen oder Spiegel angeordnet werden oder strecke mit einer den Strahl umhüllenden Lei- 5 hochreflektierende Lichtwellenleiter oder dielektritung, deren Querschnittsabmessungen größer als sehe Wellenleiter verwendet werden (siehe z. B. A. G. die Wellenlänge der vom Strahl geführten Wellen- Fox und Tingye Li, »Resonant Modes in a energie und unabhängig hiervon sind, derart, daß Maser Interferometer« in Bell System Technical die Dimensionen des Strahls im allgemeinen unr Journal, Band 40, März 1961, S. 453; G. D. Boyd abhängig von denen der Leitung sind, und mit io und J. P. G ο r d ο η, »Confocal Multimode Resoeiner Anordnung in der Leitung zur Änderung nator for Millimeter Through Optical Wavelength der Brechungsindexverteilung über dem vom Masers« in Bell System Technical Journal, Band 40, Strahl eingenommenen Teil des Leitungsquer- März 1961, S. 489; G. D. B ο y d und H. Kogelschnitts zum Erhalt einer Linsenwirkung, da- nik, »Generalized Confocal Resonator Theory« in durch gekennzeichnet, daß die Leitung 15 Bell System Technical Journal, Band 41, Juli 1962, (10) in an sich bekannter Weise ein in Längs- S. 1347; G. G ο üb au und F. Schwering, »On richtung kontinuierliches gasförmiges Medium the Guided Propagation of Electromagnetic Wave niedrigen Brechungsindexes aufweist und daß die Beams« in Transactions of the Institute of Radio Anordnung (12) zumindest ein Heizelement (16) Engineers, AP-9, Mai 1961, S. 248; C. C. Eaglesaufweist, das die Übertragungsstrecke in peri- ao field, »Optical Pipeline: A Tentative Assessments« odischen Intervallen eines vorbestimmten Abstan- in The Institute of Electrical Engineers, Januar 1962, des umgibt, um einen Temperaturgradienten in S. 26; J. C. Simon und E. Spitz, »Propagation dem Medium zwischen der Leitungsachse und der Guidee de Lumiere Coherente« in Journal of Physiäußeren Begrenzung des Strahlweges zu erzeugen cal Radian, Band 24, Februar 1963, S. 147).
derart, daß die Temperatur in der Strahlachse 35 Unglücklicherweise ist die Übertragung von Laserkleiner als an der äußeren Begrenzung des Strahls strahlen über große Entfernungen mit Hilfe der beist. kannten Anordnungen von einem nicht unbeacht-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- liehen Auffächern des Strahls begleitet, wodurch kennzeichnet, daß die Anordnung eine Heiz- eine starke Verringerung der an einer entfernten, in wendel (12) aufweist, deren Steigung gleich dem 30 der Achse des Strahls gelegenen Stelle empfangenen vorbestimmten Abstand ist. Energie resultiert. Diese Erscheinung wird übliche r-

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- weise als Dämpfung bezeichnet.

kennzeichnet, daß die Anordnung zwei ineinander Dieses Problem ist insbesondere in Situationen

gewickelte Heizwendeln (80, 82) aufweist, deren akut, in denen gewünscht wird, daß der Laserstrahl

Steigung "je gleich dem Doppelten des vorbe- 35 über eine ihn umhüllende Leitung übertragen werden

stimmten Abstands ist. soll. Dies geschieht nicht nur aus Gründen der Ge-

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- heimhaltung der Übertragung, sondern auch zum kennzeichnet, daß die Anordnung eine Mehrzahl Aufrechterhalten gleichförmiger und stabiler Überin Längsabstand voneinander angeordneter Heiz- tragungsbedingungen. Das vorstehend erwähnte Aufringe (30) aufweist, wobei der Abstand zwischen 40 fächern des Strahls längs großer Übertragungsaufeinanderfolgenden Heizringen gleich dem vor- strecken ist in einer solchen Leitung (die notwendibestimmten Abstand ist. gerweise Querschnittsabmessungen besitzen muß, die

wesentlich größer sind als die Wellenlänge der;zu übertragenden Energie des optischen Frequenzberei-

45 ches) mit der Folge begleitet, daß an den Leitungswänden eine Vielfachreflexion der sich auffächernden Strahlen auftritt, die die Kohärenz des Strahls

Die Erfindung bezieht sich auf die Übertragung zerstört und eine starke Dämpfung und Verzerrung elektromagnetischer Wellen in Wellenleitern, deren der übertragenen Signale erzeugt. Versuche, mit Hilfe Abmessungen groß im Vergleich zur Wellenlänge der 50 dünner Glaslinsen od; dgl., die längs der Übertrahierin geführten Energie ist. Insbesondere bezieht gungsstrecke verteilt sind, die schädlichen Auswirsich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verhindern kungen der Strahlauffächerung zu reduzieren, haben einer Strahlauffächerung bei langen Übertragungs- sich nicht als sehr befriedigend erwiesen, und zwar strecken für Strahlen ultrahoher Frequenz einschließ- wegen erstens der selbst durch die besten Linsen im lieh des Frequenzbereiches des sichtbaren Lichtes 55 Hinblick auf deren erforderliche große Anzahl ein- und benachbarter Frequenzbänder. geführte beachtliche Dämpfung und zweitens der an

Wegen der sehr hohen Frequenz der Wellenenergie den Oberflächen der Linsen auftretenden Reflexionsdes infraroten, sichtbaren und ultravioletten Fre- effekte. Daher hängt die technische Verwendbarkeit quenzbereiches, kurz des optischen Frequenzberei- der Wellen des optischen Frequenzbereiches als ches, können mit einer solchen Welle praktisch 60 Nachrichtenträgerwellen, die über große Strecken unbegrenzt viel Informationen übertragen werden; hinweg übertragen werden sollen, von einer wirk-Wellen dieses Frequenzbereiches sind daher insbe- sameren Lösung des Strahlauffächerungsproblemes sondere als Trägerwellen in einem Übertragungs- ab.

system brauchbar. Die technische Ausnutzung dieser Es ist auch eine Linse für optische Zwecke, ins-

großen Möglichkeiten hängt von der Verfügbarkeit «3 besondere für Teleskopobjektive, bekannt, bei der eines über große Entfernungen hinweg wirksamen als Linse ein Luft- oder Gasvolumen dient, das einen Übertragungsmediums ab. von der umgebenden Atmosphäre abweichenden

Die bekannten Vorschläge zur Zwangsführung von Brechungsindex aufweist und dessen Form durch