Optische Einrichtung
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Nachdem es gelungen
ist, kohärente Strahlung hoher Energiedichte und scharfer Bündelung durch Anregung
aktiver Materialien für eine stimulierte Emission (Zaser) zu erzeugen, ist die Verwendung
von Lichtstrahlen als Träger zur Übertragung von Nachrichtensignalen, beispielsweise
einer Vielzahl von Sprachkanälen, in den Kreis der Betrachtungen der Fachwelt getreten.
Die im optischen Bereich zur Verfügung stehende Bandbreite ist nämlich sehr groß.
Um jedoch diese große Bandbreite für die Signalübertragung einigermaßen vö11 ausnutzen
zu können, sind neben einer geeigneten Modulationsartbeispielsweise Pulsphasenmodulation
bzw. Pulseodemodulation, auch auf rein optischem Wege arbeitende Modulations- bzw.-Demodulationseinrich-`@tungen
erforderlich. Ihre optische Steuerung setzt wiederum. optische Taktpulse, optische
Phasenschieber sowie optische Zeitraster voraus. Dabei ist zu beachten, daß die
Impulse der optischen Steuer- oder Taktpulse in .ihrer Aufeinanderfolge mitunter
verschiedenen, räumlich voneinander getrennten Einrichtungen: zugeordnet sind. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Einrichtung der einleitend beschriebenen
Art anzugeben, die unteranderem. geeignet ist, die für die genannten Steuerzwecke
erforderlichen optischen Steuersignale bzw. Zeitrastersignale in einfacher Weise
zu erzeugen.
Ausgehend von einer optischen Einrichtung, insbesondere
für Laserlicht, bestehend aus einer mit Reflektoren verwirklichten Anordnung zur
Vielfaehreflexion eines in die Reflektoranordnung eingekoppelten Hauptstrahles,
bei der die Reflektoranordnung wenigstens einen teildurchlässigen Reflektor zur.Auskopplung
der in der Zeitlage oder in der Zeitlage und in der Raumlage voneinander. verschiedenen
Teilstrahlen aufweist, wird diese Aufgabe gemäß. der Erfindung dadurch gelöst, daß
der Hauptstrahl ein Lichtimpuls ist, dessen Dauer klein gewählt ist gegen seine
Kaufzeit im Zeitintervall zwischen zweiunmittelbar aufeinanderfolgenden Reflexionen
und daß der Hauptstrahl bzw. die Reflektorandrdnung für eine Auskopplung von in
der Zeitlage oder in der Zeitlage und in der Raumlage getrennten Teilstrahlen bemessen
ist. Durch die erfindungsgemäße Reflektoranordnung läßt sich in einfacher und vorteilhafter
Weise-aus einem impulsförmigen Lichtsignal durch Vielfachreflexion eine I.Ichtimpulsfolge
erzeugen, deren gegenseitiger zeitlicher Abstand durch geeignete Wahl des räumlilhen
Abstandes zwischen den.Reflektoren festgelegt werden kann. Reflektoranordnungen
mit zwei zueinander planparallelen Reflektoren, von denen wenigstens einer teildurchlässigausgebildet
ist, werden in der Interferenzspektroskopie zur Untersuchung von Spektrallinien
verwendet. Sie werden als Fabry-Perot-Interferometer bezeichnet. Für Anordnungen
dieser Art ist es wesentlich., daß der ankommende lichtstrahl einerseits kontinuierlich
ist und andererseits der gegenseitige Abstand der beiden Reflektoren in der Größen-.ordnung
der Wellenlänge des zu untersuchenden lichtes liegt. Ferner ist es hier von Bedeutung,
daß an einer Reflexionsstelle
gleichzeitig eine Vielzahl von in
der Regel bereits mehrfach reflektierten Teilstrahlen wirksam wird. Nur auf diese
Weise ist. es nämlich möglich, daß das zu untersuchende licht beim Durchgang durch
die Reflektoranordnung in ein Interferenzraster aufgespalten wird. Von einer solchen
Anordnung unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand wesentlich nicht nur hinsichtlich
der ihm zugrunde liegenden speziellen technischen .Problemstellung, sondern auch
hinsichtlich der Ausbildung des Hauptstrahls bzw. der Reflektoranordnung in der
Weise, daß durch die Reflektor-Anordnung vom Hauptstrahl unter Vermeidung einer
Interferenzbildung in der Zeitlage oder in. der-Zeitlage und der Raumlage getrennte
Teilstrahlen abgeleitet werden.-Ist die Reflektoranordnung für den Hauptstrahl als
Resonator wirksam, d. h. führt der in die Reflektoranordnung eingekoppelte Hauptstrahl
zu geschlossenen Umläufen (stehende Wellen),.dann treten bei der Auskepplung des.
Hauptstrahls durch den teildurchlässigen Reflektor hindurch impulsförmige Teilstrahlen
auf, die lediglich hinsichtlich ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge im Abstand. eines
Umlaufs des Hauptstrahls im Resonator voneinander getrennt sind. Zweckmäßig besteht
die Reflekto ranordnung aus zwei ebenen Reflektoren, die zueinander planparallel
angeordnet sind: Um Teilstrahlen zu erzeugen, die nicht nur zeitlich und räumlich
voneinander getrennt sind, sondern auch unterschiedliehe-Richtung aufweisen, genügt
ebenfalls bereits eine Anordnung von zwei ebenen Reflektoren, die auf gegenüberliegenden
Seiten in einem vorgegebenen Neigungswinkel zueinander angeordnet sind.
Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit aus einem imp-ulsför-_ -migen Hauptstrahl impulsförmige
Teilstrahlen zu erzeugen, die sich voneinander sowohl durch ihre Zeit- und Raumlage
-als auch durch ihre Richtungunterscheiden., kann die Reflektoranordnung nach der
Erfindung wenigstens einengekrümmten Reflektor aufweisen.. In Weiterbildung der
Erfindung kann im Raum zwischen den Reflektoren ein den Hauptstrahl dämpfendes Material
angeordnet sein. Dieses dämpfende Material ist dabei; so, zu bemessen, daß die Amplituden
der Teilstrahlen in ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge .einen vorgegebenen Dämpfungsverlauf
aufweisen. Ist das dämpfende Material nicht sättigbar, so ergibt sich ganz allgemein
ein exponentieller Verlauf
der Abnahme der Amplituden der die Teilstrahlen
darstellenden aufeinanderfolgenden Impulse. Bei Verwendung des Erfindungsgegenstandes
für S:teuerzwecke,bei einem optischen Pulscodemodulator ist es in diesem Fall angebracht,
diesen,exponentiellgn Verlauf so zu bemessen, daß
die Amplituden der aufeinanderfolgenden
pulsförmigen Teilstrahlen sich verhalten wie 2n : 2n-, s 2n 2, 2n-3 usw. Als dämpfendes
Material kann für zahlreiche Anwendungszwecke des Erfindungsgegenstandes auch ein
sättigbarer Absorber vorgesehen sein, der es ermöglicht, die Amplitudenebnahme der
aufeinanderfolgenden impulsförmigen Teiletrahlen linear zu gestalten. Eine solche
Impulsfolge kann in-außerordentlich vorteilhaften Weise in-Verbindung mit einer
Schwellwertschaltung als steuerndes Zeitraster, beispielsweise bei einem optieschen
Pulsphasenmodulator Verwendung finden.'.
| In. diesem = Falle ist es dann: zweckmäßig, den -Absorber- |
| für eine einem vorgegehenen-Bruchteil -der 1Vlaximalampli-= |
| Lude des impuls f örmig en Hauptstrahls entsprechende - - .
. |
| .Sättigungsenergie' zu- bemessen: _ _ |
| An Sand: von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- |
| beispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher |
| erläutert-werden-In der Zeichnung bedeuten: |
| Fig. 1 -° eine- RefIektoranordnung nach der -Erfindung; |
| Fg. 2 eine weitere Reflektoranordnung nach-dex Erfndurig,# |
| Fig. 3 eine Reflektoranordnung nach einer Weiterbildung _ |
| - der E rfindungr |
| Fig. 4.. ein Zeitdiagramm der Teilstrahlen nach der Fig. 3 |
| für einen' nicht sättigbaren Absorber; |
| Fig. 5 eiri Zeitdiagramm der Teilstrahlen nach der Fig.. 3 |
| für einen: sättigbaren Absorber. |
| Die Reflektawanordnung nach der Fig. 1' besteht aus zwei - |
| ebenen,. planparallel zueinander angeordneten, Reflektoren
. - |
| R1 und R2,, von denen der Reflektor R1 vollreflektierend |
| und der Reflektor R2 tellreflektierendist. Der schräg |
| in die Refl,ektoranordnung eingekoppelte Hauptstrahl. S: |
| wird am teldurahlässigen. Reflektor R2 erstmals. :reflektiert,, |
| um anschließend im Zuge ständig aüfeinanderfalgender |
| Reflexionen an den beiden Reflektoren sahleßlIch wieder |
| aus der Reflektoranordnung herauszulaufen. Bei a:eder |
| Reflexion am teildurchlässigen Reflektor. R2 wird ein |
| geringer Teil des. Hauptstrah.ls S ausgekagpeltt.. Die auf |
| diese Weise `raumparallel abgestrahlten Teilstrahlen sind |
| entsprechend ihrer -zeitlichen' Aufeinander-falge fort-- |
| laufend mit. s1 bis. 36 bezeichnet. De Dauer des einen |
| Einzelimpuls darstellenden Hauptstrahls, S ist . im Ausfüh- |
| rungsbeispiel nach der Fig. 1- klein gewählt gegen die |
durch das Verhältnis aus dem Abstand der beiden Resonatoren und
der Dichtgeschwindigkeit gegebenen Zeitintervall, so daß die räumlich getrennten
impulsförmigen . Teilstrahlen sich zeitlich nicht überlappen. Dieser Sachverhalt
ist in der_Fig. 1 durch. dis dargestellten.Impulse: im Bereich der Teilstrahlen
s1 bis s6 dargestellt. In gleicher Weise ist in der Fig. 1-die Impulsform des .
.:_ Hauptstrahls S angegeben. Wird der Hauptstrahl S -senkrecht zu den Reflektoren
R1' und R2' eingekoppelt, dann fällt die räumliche Trennung der Teilstrahlen s1
bis s6 weg und es; entstehen im zeitlichen Abstand .des am teildurchlässigen Reflektor
R2 reflektierten Haupts rahls S aufenanderfolgende Impulse in der gleichen räumlichen
Zage mit einer senkrecht zu den Reflektoren verlaufenden Fortpflanzungsrichtung.
Die Ref'lektoranordnung ist in diesem. Fall für den Hauptteil als Resonator wirksam.
. Eine der Fig. 1 entsprechende Reflektoranordnung,- jedoch. mit gekrümmten Reflektoren
R1 # und .R2' f. zeigt-die Fig. 2. Die Krümmung der Reflektoren hat hier zur Folge,
daß die über den; teildurchlässigen Reflektor R21 ausgekoppelten Teilstrahlen s1@bis
s6. eine unterschiedliche Richtung aufweisen, und zwar ergibt die Krümmung der Reflektoren
ein gleichsam aufgefächertes Strahlenbündel.Eine solche-Anordnung-könnte neben den
bereits genannten Anwendungsgebieten des; Erfindungsgegenstandes in vorteilhafter
Weise-auch als optisches Suchradar zum Einsatz -gelangen. Teilstrahlen mit unterschiedlicher
Fortpflanzungsrichtung zu erhalten., kann -auch mit Hilfe zweier. ebener Re.sonatoren
erreicht werden= die, wie bereits ausgeführt worden ist, in einem vorgegebenen Winkel
:gegeneinander geneigt-angeordnet sind..,' Eine weitere Möglichkeit besteht
in
der Aufstellung von mehr als zwei Reflektoren, und zwar derart, daß der eingekoppelte
Hauptstrahl- in
einem Umlauf über sämtliche Reflektoren in sich selbst zurückgeführt
wird und hierbei mehrere', gegebenenfalls 'sämtliohe Reflektoren teildurchlässig
ausgebildet sind.
Die Impulse der impulsförmigen Teilstrahlen s1 bis s6 brauchen
sich hinsichtlich ihrer Amplituden praktisch kaum voneinander zu unterscheiden,
wenn durch- geeignete Ausbildung des teildurchlässigen Reflektors R2 bzw: R2' dafür
gesorgt wird, daß nur ein ganz geringer Bruchteil der Energie des Hauptstrahls S
jeweils ausgekoppelt
wird. Wie bereits: ausgeführt worden ist, besteht für
zahlreiche Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Refl.ektoranordnung der
Wunsch, die Amplituden der-impuleförmigen aufeinariderfolgenden Teilstrahlen in
ihrer Aufeinanderfolge definiert abnehmen zu lassen.-In Weiterbildung
der Erfindung kann dies durch einen im Strahlengang des Hauptstrahls innerhalb
der Reflektoranordnun_g angeordneten Absorber erreicht werden. Eine entsprechende
Ariordnung zeigt das Ausffihrungebeispiel
der fig. 3, das dabei dem der Fig:
1 entspricht, mit dem Unterschied., daß zwischen den Reflektoren R1 und R2 der-Abeorber
A vorgesehen ist. Der Absorber A kann entgegen der in der Fig. 3 angegebenen räumlichen
Anordnung auch unmittelbar mit dem teildurchlässigen Reflektor R2 vereinigt sein:
Solche Absorber können zum Beispiel durch organische Farbstoffachichten mit golienträgern
realisiert werden.