DE1491439A1 - Method and device for amplifying, generating and modulating waves with the aid of an electron bundle - Google Patents

Method and device for amplifying, generating and modulating waves with the aid of an electron bundle

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DE1491439A1
DE1491439A1 DE1964S0094600 DES0094600A DE1491439A1 DE 1491439 A1 DE1491439 A1 DE 1491439A1 DE 1964S0094600 DE1964S0094600 DE 1964S0094600 DE S0094600 A DES0094600 A DE S0094600A DE 1491439 A1 DE1491439 A1 DE 1491439A1
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Kinder Wilfried Lodewijk De
Marc Vanwormhoudt
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  • Lasers (AREA)
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Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Verstärkung, Erzeugung und 1,4Iodulation von Wellen mit Hilfe eines Elektronenbündele" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verstärkung, Erzeugung und Modulation von Yiellen mit Hilfe eines Elektronenbündels. Sie sieht zu diesem Zweck ein neuartiges Verfahren vor, mit dessen Hilfe eine Welle, vorzugsweise eine Welle aus dem Bereich der Lichtwellen mit Hilfe eines Elektronenbündels erzeugt, verstärkt oder moduliert werden kann."Method and apparatus for amplification, generation and 1,4-iodulation of waves with the help of an electron beam "The invention relates to a Method and device for amplifying, generating and modulating yials with the help of an electron beam. She sees a novel process for this purpose before, with the help of which a wave, preferably a wave from the field of light waves can be generated, amplified or modulated with the help of an electron beam.

Zu diesem Zweck wird das Elektronenbündel an eine langsame Welle herangeführt, bei der eine Komponente des elektrischen Feldes in Richtung des Elektronenbündels liegt. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Elektronenbündel moduliert. Eine besondere , Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die langsame Welle in einen Resonanzraum eingeführt wird. Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe ein Elektronenbündel zur Einwirkung auf eine Welle gebracht werden kann.For this purpose, the electron bundle is brought up to a slow wave, one component of the electric field in the direction of the electron beam lies. According to an advantageous embodiment of the invention modulates the electron beam. A particular embodiment of the invention provides suggest that the slow wave is introduced into a resonance chamber. Furthermore lies The invention has the object of providing a device for performing the inventive Process to create with the help of an electron beam to act on a wave can be brought.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zu diesem Zweck eine Elektronenschleuder und einen Wellenträger auf, welcher derart gewählt ist, daß die Welle im Bereich des Bündels eine elektrische Feldkomponente in Richtung des Elektronenbündels besitzt.The device according to the invention has an electron gun for this purpose and a shaft carrier, which is chosen such that the shaft in the area of the beam has an electric field component in the direction of the electron beam.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung besteht der vorgenannte Wellenträger aus einer dielektrischen Wellenführung. Diese besteht bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem dielektrischen Film, der sich in einem Milieu mit niedrigem Brechungsindex befindet.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, there is the aforementioned shaft carrier made of a dielectric wave guide. This exists in a further preferred embodiment of the invention from a dielectric Film that is in an environment with a low refractive index.

Sohliesslich ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Enden des Wellenträgers reflektierend sein sollen Weitere Votteile und kerkmale der Erfindung seien nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Diese Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit deren riilfe ein Elektronenbündel erfindungsgemäß zur Einwirkung auf eine Welle gebracht werden kann.According to a further embodiment, the invention provided that the two ends of the shaft carrier should be reflective Further Advantages and features of the invention are given below using an exemplary embodiment explained in detail with reference to the drawing. This drawing shows a schematic representation of a device according to the invention, with the help of which an electron beam can be brought to act on a wave according to the invention can.

Die in der Darstellung gezeigte Vorrichtung weist eine in eine Umhüllung 1 eingebaute Elektronenschleuder auf, an die sich der Modulationabereich 7 anschliesst, auf dessen anderer Seite wiederum die Umhüllung 6 vorgesehen ist. Die Elektronenschleuder selbst besteht aus einer Elektronenzelle 2 und Fokussierungsmitteln 3. Das mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Elektronenbündel durchläuft den Modulationsraum 7 und*den Schlupfraum 10 (espaees de glissement) und gelangt schließlich zur Auffangelektrode 5. Mit Hilfe der im hiodulationabereich 7 angebrachten Gitter 8 und 9 kann das Elektronenbündel 4 moduliert werden..Der eintritt des Elektronenbündels 4 in den Schlupfraum 10 erfolgt in unmittelbarer Nachbarschaft der dielektrisehen Wellenführung 11, deren Eingang mit 12 und deren Ausgang mit 13 bezeichnet ist. Mit Hilfe einer Vorrichtung dieser Art ist es möglich, eine lange Welle aus dem Bereich der optischen Wellen ohne weiteres zu verstärken, zu modulieren und zu erzeugen. Im übrigen ist die Erfindung aber nicht ausschliesslich auf die Anwendung mit Lichtwellen beschränkt.The device shown in the illustration has an electron centrifuge built into a casing 1, to which the modulation area 7 adjoins, on the other side of which the casing 6 is in turn provided. The electron spinner itself consists of an electron cell 2 and focusing means 3. The electron bundle denoted by the reference numeral 4 passes through the modulation space 7 and * the slip space 10 (espaees de glissement) and finally arrives at the collecting electrode 5 9, the electron bundle 4 can be modulated. The electron bundle 4 enters the slip space 10 in the immediate vicinity of the dielectric wave guide 11, the input of which is denoted by 12 and the output of which is denoted by 13. With the aid of a device of this type it is possible to easily amplify, modulate and generate a long wave from the range of optical waves. Otherwise, however , the invention is not exclusively restricted to use with light waves.

Mit Hilfe der dielektrischen Wellenführung 11 wird. eine Struktur langsamer Wellen erhalten, die,@@wie aus der Figur hervorgeht, mit dem Elektronenbündel in der üblichen Weise zusammenwirkt. Infolgedessen weist die in Rede stehende Welle.. eine elektrische Feldkomponente auf, welche in der Richtung des Blektronenbündels verläuft. Im übrigen verläuft der grösste Teil der dielektrischen Klenführung 11, wie ebenfallw aus der Figur hervorgeht, parallel zum Blektronenbündel 4. Die dielektrische Wellenführung besteht beispielsweise aus einem dielektrisohen Film, der sich in einem Milieu mit niedrigerem Brechungeindjax befindet. Der Träger, der bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem vorgenannten dielektrisahen Film besteht, kann jedoch auch aus einer Reihe von miteinander verbundenen dünnen optischen Fasern gebildet sein.With the help of the dielectric waveguide 11. obtain a structure of slow waves which, as can be seen from the figure, interacts with the electron beam in the usual way. As a result, the wave in question ... has an electric field component which runs in the direction of the tin electron beam. Incidentally, most of the dielectric Klenführung 11 extends, as ebenfallw apparent from the figure, parallel to Blektronenbündel 4. The dielectric waveguide consists for example of a dielektrisohen film which is located in an environment with lower Brechungeindjax. The carrier, which in the illustrated embodiment of the device according to the invention consists of the aforementioned near-dielectric film, can, however, also be formed from a series of thin optical fibers connected to one another.

Es ist bekannt, daß die Kopplung zwischen einer Felle und r dem Elektronenbündel dem elektrischen Feld auf der höhe des Bündels in Richtung desselben proportional ist. Die langsamen Wellen fallen in dem die vorerwähnte Struktur umgebenden freien Raum ab. Der exponentielle Abfall des elektrischen Feldes mit zunehmendem Abstand von der Struktur ist durch folgende Formel wiedergegeben: 55 c2 _ 1 db/ u2 freier Raum ausgedrückt in Wellenlängen.It is known that the coupling between a skin and the electron beam is proportional to the electric field at the level of the beam in the direction of the same. The slow waves fall in the free space surrounding the aforementioned structure. The exponential decrease of the electric field with increasing distance from the structure is given by the following formula: 55 c2 _ 1 db / u2 free space expressed in wavelengths.

In dieser Formel bezeichnet u die Phasengeschwindigkeit der langsamen Welle und c die Lichtgeschwindigkeit. Mit Rücksicht darauf, daß eine intensive-Kopplung stattfinden muB, muß u so groß wie möglich sein. Der Wert von u ist jedoch insofern wiederum begrenzt, als zwischen der Wellengeschwindigkeit im Träger und der Geschwindigkeit des Elektronenbündels zum einen eine gewisse zeitliche Übereinstimmung bestehen mufl und zum anderen weil die Geschwindigkeit de- Elektronenbündels von der angelegten Spannung abhängig ist, welche aus praktischen Gründen einen angemeseenen'Wert, beispielsweise einen Wert von 130 000 Volt nicht überschreiten kann. Die Querabmessungen des Bündels können naturgemäß jeweils in Übereinstimmung mit den zur Anwendung gebrachten Wellenlängen gewählt werden. Das Zusammenwirken zwischen der Vorrichtung und dem Elektronenbündel findet zwischen der im Träger 11 in Richtung des Pfeiles 14 verlaufenden Welle und der langsauren Welle auf dem Elektronenbündel statt.In this formula, u denotes the phase velocity of the slow wave and c denotes the velocity of light. In view of the fact that an intensive coupling must take place, u must be as large as possible. The value of u is, however, again limited insofar as there must be a certain temporal correspondence between the wave speed in the carrier and the speed of the electron bundle and because the speed of the electron bundle depends on the applied voltage, which for practical reasons unites Appropriate value, for example a value of 130,000 volts, cannot exceed. The transverse dimensions of the bundle can naturally be selected in accordance with the wavelengths used. The interaction between the device and the electron bundle takes place between the wave running in the carrier 11 in the direction of the arrow 14 and the slow acidic wave on the electron bundle.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung kann sowohl als Generatd', Verstärker oder Modulator eingesetzt werden. Soll die Vorrichtung als Generator wirken, so muß der Träger 11 einen Resonanzraum bilden. Dies kann in der Weise erreicht werden, daß der Eingang und der Ausgang des Trägers 11 reflektierend gestaltet werden. Selbstverständlich müssen die Charakteristika des Trägers 11 in diesem Fall derart sein, daß lediglich eine bestimmte Wellenlänge vorliegt, um am Ausgang ein zusammenhängendes. Bündel zu erhalten.The device shown in the figure can be used both as a generator, amplifier or modulator. If the device is to act as a generator, the carrier 11 must form a resonance space. This can be achieved in such a way that the entrance and the exit of the carrier 11 are made reflective. Of course, the characteristics of the carrier 11 in this case must be such that only a certain wavelength is present in order to have a coherent output at the output. Get bundle.

Wenn das Dielektrikum 11 einen rechteckigen Querschnitt hat und die Achse des Dielektrikums parallel zum Elektronen-, bündel 4 verläuft, so muß die Dicke senkrecht zum Elextronenbündel hinreichend klein sein, um den vorbesahriebenen Bedingungen Rechnung zu tragen. In denjenigen Fällen, in denen als Träger stark gekoppelte optische Fasern verwendet werden müssen, sind der Durchmesser und die Brechungsindieen der verwendeten Substanzen derart zu wählen, daß die Vorrichtung nur eine bestimmte Wellenlänge tragen kann. Eine aus dünnen optischen Fasern bestehende, sich periodisch wiederholende Struktur ist einer Reihe von miteinander gekoppelten Elementen gleichwertig und kann eine Welle tragen. Die Synchronisation zwischen der in den Fasern verlaufenden Wellen und dem Elektrönen#-bündel kann sowohl durch entsprechende Einstellung einer Kopplung zwischen den Fasern, als auch durch entsprechende Auswahl der Richtung des Bündels in bezug auf die Achse der Fasern oder schließlich auch-noch durch Reflexion am Ende der Fasern erzielt werden: Soll die in der Figur dargestellte Vorridhtung als Verstärker eingesetzt werden, so ist ihre Wirkungsweise im (runde genommen die gleiche wie bei dem vorstehend beschriebenen Anwendungsbeispiel der Erzeugung einer Welle. Die Enden 12 und 13 den Trägers dürfen lediglich in diesem Fall .nicht reflektierend sein.If the dielectric 11 has a rectangular cross-section and the axis of the dielectric runs parallel to the electron bundle 4, the thickness perpendicular to the electron bundle must be sufficiently small to take into account the prevailing conditions. In those cases in which strongly coupled optical fibers have to be used as a carrier, the diameter and the refractive index of the substances used are to be selected in such a way that the device can only carry a certain wavelength. A periodically repeating structure consisting of thin optical fibers is equivalent to a series of elements coupled to one another and can carry a wave. The synchronization between the waves running in the fibers and the electron # bundle can be achieved both by appropriate adjustment of a coupling between the fibers and by appropriate selection of the direction of the bundle in relation to the axis of the fibers or, finally, by reflection on the End of the fibers are achieved : If the Vorridhtung shown in the figure is to be used as an amplifier, its mode of action is basically the same as in the application example described above for generating a wave. The ends 12 and 13 of the carrier may only be in this Case .not be reflective.

. Es wird dabei am Eingang 12 beispielsweise unter Zuhilfenah"' me eines Laser-Strahles eine zusammenhängende monochromatisohe Welle erzeugt, welche in das Dielektrikum eingeführt wird. Diese Welle wird im Dielektrikum 11 verlangsamt und breitet sich im größten Teil des Dielektrikums parallel zu dem Elektronenbündel 4 aus. Das Elektronenbündel wirkt dabei derart auf die verlangsamte Welle im Dielektrikum ein, daß die verlangsamte Welle am Ausgang 13 modifiziert te Eigenschaften besitzt und beispielsweise verstärkt ist. Bei der Erzeugung und der Verstärkung von Wellen in der vorstehend beschriebenen Weise bleibt der Modulationsraum unwirksam. Wird das Elektronenbündel 4 durch eine beliebige Modulationsvorrichtung moduliert, so wird diese Modulation im Dielektrikum 11 auf die Welle übertragen. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist für die unterschiedlichsten Zwecke verwendbar. So kann beispielsweise der Träger in Form eines dünnen Siliziumfilme ausgeführt sein und in diesem Falle kann die Vorrichtung zur Modulation eines breiten durch einen Laserstrahl hervorgerufenen infraroten Strahlungabändes verwendet werden. Die Infra= rotetrahlung kann auch durch die Vorrichtung selbst erzeugt und unter dem Einfluss des modulierten Elektronen-Bündels moduliert werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern es sind zahlreiche Änderungen derselben denkbar, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten würde.. A coherent monochromatic wave is generated at input 12, for example with the aid of a laser beam, which is introduced into the dielectric The electron beam acts on the decelerated wave in the dielectric in such a way that the decelerated wave has modified properties and is, for example, amplified at the output 13. The modulation space remains ineffective in the generation and amplification of waves in the manner described above electron beam 4 is modulated by any modulation device, so this modulation is transmitted in the dielectric 11 to the shaft. the apparatus described above is usable for various purposes. for example a thin silicon films, for example, the carrier in the form be made and in this case kan n the device can be used to modulate a wide range of infrared radiation produced by a laser beam. The infrared radiation can also be generated by the device itself and modulated under the influence of the modulated electron beam. Of course, the invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawing, but numerous changes to the same are conceivable without exceeding the scope of the invention.

Claims (12)

P a t e n t ans p r ü c h e 1. Verfahren zur Verstärkung, Erzeugung und Modulation von Wellen unter Zuhilfenahme eitles Elektronenbündele, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenbündel an eine geführte, langsame Welle mit einer elektrischen Feldkomponente in Richtung des Bündels herangeführt wird. P a t e n t ans p r ü c h e 1. Method of reinforcement, generation and modulation of waves with the help of vain electron bundles, characterized in that that the electron beam is guided by a slow wave with an electric Field component is brought up in the direction of the bundle. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als langsame Welle eine aus dem Bereich der Lichtwellen stammende Welle verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the slow wave is one from the field of light waves originating wave is used. 3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenbündel moduliert wird. 3. Method according to one or both of the foregoing Claims 1 and 2, characterized in that the electron beam is modulated. 4. Verfahren nach einem oder mAhreren der vorhergehenden knsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Welle in einen Resonanzraum eingeführt wird. 4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the slow wave is introduced into a resonance chamber. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens., nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Blektronenschleuder und einen wellenträger, der derart beschaffen ist, daß die Welle im Bereich des Bündels eine elektrische Feldkomponente in Richtung des Bündels besitzt. 5. Device for Implementation of the procedure., according to one or more of the preceding Claims characterized by a sheet metal centrifuge and a shaft carrier, which is such that the wave in the area of the bundle is an electrical Has field component in the direction of the bundle. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einer dielektrischen Wellen-Führung besteht. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the carrier consists of a dielectric wave guide. 7. Vorrichtung nach &nepruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Wellenführung aus einem in einem Milieu mit niedrigerem Brechungsindex befindlichen dielektrischen Film. besteht. B. 7. Device according to & nepruch 6, characterized in that the dielectric Wave guidance from a located in an environment with a lower refractive index dielectric film. consists. B. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem kedium mit sich periodisch wiederholender Struktur besteht. . Device according to claim 5, characterized in that that the carrier consists of a medium with a periodically repeating structure. . 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine sich pi-iodiech wiederholende j Struktur aufweisende Medium aus miteinander gekoppelten i dünnen optischen Fasern besteht. 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the pi-to iodiech j repetitive structure having a medium consists of coupled together i thin optical fibers. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Modulation des Elektronenbündels aufweist. 10. The device according to one or more of claims 5 to 9, characterized in that it has means for modulating the electron beam. 11, Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,'-daß der Träger einen Resonanzraum bildet. 11, device according to one or more of Claims 5 to 10, characterized in that the carrier has a resonance chamber forms. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Trägers reflektierend sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the two Ends of the beam are reflective.
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