DE1497580C3 - Optische Einrichtung - Google Patents

Description

Eine solche Impulsfolge kann in außerordentlich vorteilhafter Weise in Verbindung mit einer Schwellwertschaltung als steuerndes Zeitraster, beispielsweise bei einem optischen Pulsphasenmodulator, 5 Verwendung finden.

In diesem Falle ist es dann zweckmäßig, den Absorber für eine einem vorgegebenen Bruchteil der Maximalamplitude des impulsförmigen Hauptstrahls entsprechende Sättigungsenergie zu bemessen.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine Reflektoranordnung nach der Er

Erfindung,

F i g. 3 eine Reflektoranordnung nach einer Weiterbildung der Erfindung,

F i g. 4 ein Zeitdiagramm der Teilstrahlen nach der F i g. 3 für einen nicht sättigbaren Absorber,

F i g. 5 ein Zeitdiagramm der Teilstrahlen nach der F i g. 3 für einen sättigbaren Absorber.

Die Reflektoranordnung nach der F i g. 1 besteht

seitige Abstand der beiden Reflektoren in der Größenordnung der Wellenlänge des zu untersuchenden Lichtes liegt. Ferner ist es hier von Bedeutung, daß an einer Reflexionsstelle gleichzeitig eine Viel-. zahl 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 Er- io findungsgegenstand wesentlich nicht nur hinsichtlich der ihm zugrundeliegenden speziellen technischen Problemstellung, sondern auch hinsichtlich der Ausbildung , des Hauptstrahls bzw. der Reflektoranordnung in der Weise, daß durch die Reflektor- 15 findung,

anordnung vom Hauptstrahl unter Vermeidung einer Fig. 2 eine weitere Reflektoranordnung nach der

Interferenzbildung in der Zeitlage oder in der Zeitlage und der Raumlage getrennte Teilstrahlen abgeleitet werden.

Ist die Reflektoranordnung für den Hauptstrahl ao als Resonator wirksam, d. h., führt der in die Reflektoranordnung eingekoppelte Hauptstrahl zu geschlossenen Umläufen (stehenden Wellen), dann treten bei der Auskopplung des Hauptstrahls durch

den teildurchlässigen Reflektor hindurch impuls- »5 aus zwei ebenen, planparallel zueinander angeförmige Teilstrahlen auf, die lediglich hinsichtlich ordneten Reflektoren R 1 und R 2, von denen der ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge im Abstand eines Reflektor R 1 vollreflektierend und der Reflektor R 2 Umlaufs des Hauptstrahls im Resonator voneinander teilreflektierend ist. Der schräg in die Reflektorgetrennt sind. anordnung eingekoppelte Hauptstrahl S wird am teil-Zweckmäßig besteht die Reflektoranordnung aus 30 durchlässigen Reflektor R 2 erstmals reflektiert, um zwei ebenen Reflektoren, die zueinander planparallel anschließend im Zuge ständig aufeinanderfolgender angeordnet sind. Reflexionen an den beiden Reflektoren schließlich

Um Teilstrahlen zu erzeugen, die nicht nur zeit- wieder aus der Reflektoranordnung herauszulaufen, lieh und räumlich voneinander getrennt sind, sondern Bei jeder Reflexion am teildurchlässigen Reflektor auch unterschiedliche Richtung aufweisen, genügt 35 R 2 wird ein geringer Teil des Haupstrahls S ausebenfalls bereits eine Anordnung von zwei ebenen gekoppelt. Die auf diese Weise raumparallel abReflektoren, die auf gegenüberliegenden Seiten in gestrahlten Teilstrahlen sind entsprechend ihrer zeiteinem vorgegebenen Neigungswinkel zueinander an- liehen Aufeinanderfolge fortlaufend mit si bis s6 geordnet sind. bezeichnet. Die Dauer des einen Einzelimpuls dar-

AIs weitere vorteilhafte Möglichkeit, aus einem 40 stellenden Hauptstrahls 5 ist im Ausführungsbeispiel impulsförmigen Hauptstrahl impulsförmige Teil- nach der .Fig. 1 klein gewählt gegen die durch das strahlen zu erzeugen, die sich voneinander sowohl Verhältnis aus dem Abstand der beiden Resonatoren durch ihre Zeit- und Raumlage als auch durch ihre und der Lichtgeschwindigkeit gegebenen Zeitinter-Richtung unterscheiden, kann die Reflektoranordnung valle, so daß die räumlich getrennten impulsförmigen nach der Erfindung wenigstens einen gekrümmten 45 Teilstrahlen sich zeitlich nicht überlappen. Dieser Reflektor aufweisen. Sachverhalt ist in der F i g. 1 durch die dargestellten

In Weiterbildung der Erfindung kann im Raum Impulse im Bereich der Teilstrahlenil bis s6 darzwischen den Reflektoren den Hauptstrahl dämpfen- gestellt. In gleicher Weise ist in der F i g. 1 die des Material angeordnet sein. Dieses dämpfende Impulsform des Hauptstrahls S angegeben. Wird der Material ist dabei so zu bemessen, daß die Am- 50 Hauptstrahl S senkrecht zu den Reflektoren R 1 und plituden der Teilstrahlen in ihrer zeitlichen Auf- R 2 eingekoppelt, dann fällt die räumliche Trennung einanderfolge einen vorgegebenen Dämpfungsverlauf der Teilstrahlen s 1 bis s 6 weg, und es entstehen im aufweisen. Ist das dämpfende Material nicht sättig- zeitlichen Abstand des am teildurchlässigen Reflektor bar, so ergibt sich ganz allgemein ein exponentieller R 2 reflektierten Hauptstrahls S aufeinanderfolgende Verlauf der Abnahme der Amplituden der die Teil- 55 Impulse in der gleichen räumlichen Lage mit einer strahlen darstellenden aufeinanderfolgenden Impulse. senkrecht zu den Reflektoren verlaufenden Fort-Bei Verwendung des Erfindungsgegenstandes für
Steuerzwecke bei einem optischen Pulscodemodulator
ist es in diesem Fall angebracht, diesen exponentiellen
Verlauf so zu bemessen, daß die Amplituden der 60
aufeinanderfolgenden pulsförmigen Teilstrahlen sich
verhalten wie 2ⁿ : 2ⁿ~*: 2ⁿ~²,2»-» usw.

Als dämpfendes Material kann für zahlreiche An wendungszwecke des Erfindungsgegenstandes auch

ein sättigbarer Absorber vorgesehen sein, der es er- 65 eine unterschiedliche Richtung aufweisen, und zwar möglicht, die Amplitudenabnahme der aufeinander- ergibt die Krümmung der Reflektoren ein gleichsam folgenden impulsförmigen Teilstrahlen linear zu ge- aufgefächertes Strahlenbündel. Eine solche Anstalten. Ordnung könnte neben den bereits genannten An

pflanzungsrichtung. Die Reflektoranordnung ist in diesem Fall für' den Hauptteil als Resonator wirksam.

Eine der F i g. 1 entsprechende Reflektoranordnung, jedoch mit gekrümmten Reflektoren R1' und R 2', zeigt die Fig. 2. Di» Krümmung der Reflektoren hat hier zur Folge, daß die über den teildiuxhlässigen Reflektor R 2' ausgekoppelten Teilstrahlen s 1 bis s 6

Wendungsgebieten des Erfindungsgegenstandes in vorteilhafter Weise auch als optisches Suchradar zum Einsatz gelangen.

Teilstrahlen mit unterschiedlicher Fortpflanzungsrichtung zu erhalten, kann auch mit Hilfe zweier ebener Resonatoren 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 sämtliche Reflektoren teildurchlässig ausgebildet sind.

Die Impulse der impulsförmigen Teilstrahlen si bis s 6 brauchen sich hinsichtlich ihrer Amplituden praktisch kaum voneinander zu unterscheiden, wenn durch geeignete Ausbildung des teildurchlässigen Reflektors R 2 bzw. R 2' 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 Reflektoranordnung der Wunsch, die Amplituden der impulsförmigen aufeinanderfolgenden Teil strahlen in ihrer Aufeinanderfolge definiert abnehmen zu lassen. In Weiterbildung der Erfindung kann dies durch einen im Strahlengang des Hauptstrahls innerhalb der Reflektoranordnung angeordneten Absorber erreicht werden. Eine entsprechende Anordnung zeigt das Ausführungsbeispiel der F i g. 3, das dabei dem der Fig. 1 entspricht, mit dem Unterschied, daß zwischen den Reflektoren R 1 und R 2 der Absorber A vorgesehen ist. Der Absorber Λ kann entgegen der in der Fig.3 angegebenen räumlichen Anordnung auch unmittelbar mit dem teildurchlässigen Reflektor R 2 vereinigt sein. Solche Absorber können z. B.

durch organische Farbstoff schichten mit Folienträgern realisiert werden.

Hat der Absorber A keine sättigenden Eigenschaften, so wird er im allgemeinen einen bestimmten Prozentanteil des ihn durchsetzenden Haupt-Strahls mit jedem Durchgang absorbieren. Die Abnahme der Amplituden der impulsförmigen Teilstrahlen s 1 bis s 7 wird somit in ihrer Aufeinanderfolge entsprechend dem in der F i g. 4 dargestellten Diagramm einen exponentiell abfallenden Verlauf aufweisen. In der Fig. 4 sind die den einzelnen Teilstrahlen si bis si zugehörigen Impulse in entsprechender Weise bezeichnet. Das gleiche gilt für das Zeitdiagramm der F i g. 5, bei dem die impulsförmigen Teilstrahlen s 1 bis s 7 in ihrer Aufeinander-

ao folge einen linearen Abfall ihrer Amplituden zeigen. Ein solch linearer Abfall kann durch einen sättigbaren Absorber A nach der F i g. 3 herbeigeführt werden. Ein sättigbarer Absorber hat nämlich die Eigenschaft, daß er mit jedem Durchgang des Haupt-Strahls 5 diesem einen stets gleichbleibenden Energiebetrag entzieht. Wird also durch entsprechende Bemessung der Teildurchlässigkeit des teildurchlässigen Reflektors R 2 dafür gesorgt, daß die ausgekoppelte Energie jeweils nur ein vernachlässigbar kleiner

ao Bruchteil der Energie des Hauptstrahls 5 ist, so läßt sich die in der Fig. 5 dargestellte Linearität des Amplitudenabfalls mit ausreichender Genauigkeit in einfacher Weise erzeugen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 Patentansprüche- von Licntstrahlen als Träger zur Übertragung von ' Nachrichtensignalen, beispielsweise einer Vielzahl

1. Optische Einrichtung, insbesondere für von Sprachkanälen, in den Kreis der Betrachtungen Laserlicht, bestehend aus einer mit Reflektoren - der Fachwelt getreten. Die im optischen Bereich zur verwirklichten Anordnung zur Vielfachreflexion 5 Verfügung stehende Bandbreite ist nämlich sehr eines in die Reflektoranordnung eingekoppelten groß. Um jedoch diese große Bandbreite für die. Hauptstrahls, bei der die Reflektoranordnung Signalübertragung einigermaßen voll ausnutzen zu ' wenigstens einen teildurchlässigen Reflektor zur können, sind neben einer geeigneten Modulations-Auskopplung der in der Zeitlage oder in der art, beispielsweise Pulsphasenmodulation bzw. Puls-Zeitlage und in der Raumlage voneinander ver- io codemodulation, auch auf rein optischem Wege schiedenen Teilstrahlen aufweist, dadurch ge- arbeitende Modulations- bzw. Demodulationseinrichkennzeichnet, daß der Hauptstrahl (5) ein tungen erforderlich. Ihre optische Steuerung setzt Lichtimpuls ist, dessen Dauer klein gewählt wiederum optische Taktpulse, optische Phasen-.ist gegen seine Laufzeit im Zeitintervall zwi- schieber sowie optische Zeitraster voraus. Dabei ist sehen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden 15 zu beachten, daß die Impulse der optischen Steuer-Reflexionen, und daß der Hauptstrahl (5) bzw. oder Taktpulse in ihrer Aufeinanderfolge mitunter die Reflektoranordnung (R l/R 2, R l'/R 2') für verschiedenen, räumlich voneinander getrennten Eineine Auskopplung von in der Zeitlage oder in richtungen zugeordnet sind.

der Zeitlage und in der Raumlage getrennten . In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß

Teilstrahlen (s 1 bis s 7) bemessen ist. 20 die bei einem solchen optischen Nachrichten-

2. Optische Einrichtung nach Anspruclvl, da- Übertragungssystemen für den Betriebsablauf ebendurch gekennzeichnet, daß die Reflektor- falls erforderlichen optischen Hilfssignale vielfach r\ anordnung zur ausschließlich zeitlichen Trennung nicht auf kohärente Strahlungsquellen zurückgehen \ ' der Teilstrahlen für den Hauptstrahl (S) als müssen. Diese Hilfssignale können auch mittels Resonator wirksam ist. 35 Lumineszenzstrahlungsquellen, wie steuerbaren lumi-

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 neszierenden Halbleitern, Infrarotstrahlern u. ä., er- oder 2, · dadurch gekennzeichnet, daß die Re- zeugt sein.

flektoren (R 1, R 2) eben und zueinander plan- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

parallel angeordnet sind. optische Einrichtung der einleitend beschriebenen

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 30 Art anzugeben, die unter anderem geeignet ist, die oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ein- für die genannten Steuerzwecke erforderlichen ander gegenüberliegenden Seiten in einem be- optischen Steuersignale bzw. Zeitrastersignale in einstimmten Abstand angeordneten ebenen Reflek- fächer Weise zu erzeugen.

toren einen vorgegebenen gegenseitigen Neigungs- Ausgehend von einer optischen Einrichtung, ins-

winkel aufweisen. 35 besondere für Laserlicht, bestehend aus einer mit

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 Reflektoren verwirklichten Anordnung zur Vielfachoder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens reflexion eines in die Reflektoranordnung eingeeiner der Reflektoren (R 1', R 2') gekrümmt ist." koppelten Hauptstrahls, bei der die Reflektor-

6. Optische Einrichtung nach einem der vor- anordnung wenigstens einen teildurchlässigen Rehergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 40 flektor zur Auskopplung der in der Zeitlage oder in daß im Raum zwischen den Reflektoren ein den der Zeitlage und in der Raumlage voneinander ver-Hauptstrahl dämpfendes Material (A) angeordnet schiedenen Teilstrahlen aufweist, wird diese Aufgabe ist, mit einer Bemessung derart, daß die Am- dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung der Hauptplituden der Teilstrahlen (s 1 bis s 7) in ihrer strahl ein Lichtimpuls ist, dessen Dauer klein ge- (\ zeitlichen Aufeinanderfolge einen vorgegebenen 45 wählt ist gegen seine Laufzeit im Zeitintervall zwi-Dämpfungsverlauf aufweisen. sehen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Re-

7. Optische Einrichtung nach Anspruch 6, da- flexionen, und daß der Hauptstrahl bzw. die Redurch gekennzeichnet, daß das dämpfende Ma- fiektoranordnung für eine Auskopplung von in der terial(/4) für eine exponentiell Abnahme der Zeitlage oder in der Zeitlage und in der Raumlage Amplituden der zeitlich aufeinanderfolgenden 50 getrennten Teilstrahlen bemessen ist. impulsförmigen Teilstrahlen bemessen ist und daß Durch die erfindungsgemäße Reflektoranordnung sich die Amplituden der aufeinanderfolgenden läßt sich in einfacher und vorteilhafter Weise aus Teilstrahlen verhalten wie 2ⁿ : 2™— ^l : 2ⁿ~² usw. einem impulsförmigen Lichtsignal durch Vielfach-

8. Optische Einrichtung nach Anspruch 6, da- ' reflexion eine Lichtimpulsfolge erzeugen, deren durch gekennzeichnet, daß das dämpfende Ma- 55 gegenseitiger zeitlicher Abstand durch geeignete Wahl terial (A) ein sättigbarer Absorber ist. des räumlichen Abstandes zwischen den Reflektoren

9. Optische Einrichtung nach Anspruch 8, da- festgelegt werden kann.

durch gekennzeichnet, daß der Absorber für eine Reflektoranordnungen mit zwei zueinander planeinem vorgegebenen Bruchteil der Maximal- parallelen Reflektoren, von denen wenigstens einer amplitude des impulsförmigen Hauptstrahls (5) 60 teildurchlässig ausgebildet ist, werden in der Interentsprechende Sättigungsenergie bemessen ist. ferenzspektroskopie (vgl. Grimsehl: »Lehrbuch

der Physik«, Bd. III, 12..Aufl., 1952, Seiten 104

; und 105, und Pohl: »Optik und Atomphysik«,

1958, S. 75) zur Untersuchung von Spektrallinlen

Nachdem es gelungen ist, kohärente Strahlung 65 verwendet. Sie werden als Fabry-Perot-Interferometer

hoher ,Energiedichte und scharfer Bündelung durch ' bezeichnet. Für Anordnungen dieser Art ist es

Anregung aktiver Materialien für eine stimulierte wesentlich, daß der ankommende Lichtstrahl einer-

Emission (Laser) zu erzeugen, ist die Verwendung seits kontinuierlich ist und andererseits der gegen-