DE1514349B1

DE1514349B1 - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE1514349B1
Application number: DE19651514349
Authority: DE
Inventors: Dr Conrad Heimann
Original assignee: Ringsdorff Werke GmbH
Current assignee: Ringsdorff Werke GmbH
Priority date: 1965-05-07
Filing date: 1965-05-07
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1136098A; CH449134A; US3560872A; NL6513603A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Anregungslichtquelle umläuft. An einer Stelle des Sender oder Verstärker (Laser) für hohe Leistung mit Ringumfanges ist ein optisches System angeordnet, einem stimulierbaren Medium, dessen Mantelfläche an dem der angeregte Ringteil vorbeiläuft und durch sich in der Brennlinie des Spiegelsystems für die das die Ausgangsstrahlung in radialer Richtung abAnregung befindet, dessen Stirnflächen den optischen 5 gegeben wird. Zwischen der Anregungslampe und Resonator bilden und das zum Zwecke der Kühlung dem Ring kann ein Reflektor angeordnet sein, der sowohl senkrecht zu seiner Ausstrahlungsrichtung als die gerade zum optischen System hinbewegte Ringauch zugleich senkrecht zur Richtung der Anregungs- hälfte verstärkt anregt. Außerhalb des Ringes können strahlung drehbar angeordnet ist. Lüfter bzw. Gebläse zur Kühlung auf den Ring zu

Um bei optischen Sendern oder Verstärkern dieser io gerichtet sein. Der bekannte Ringlaser hat jedoch Art, die auch unter der Bezeichnung »Laser« bekannt keine Ausdehnung in einer Längsrichtung, so daß sind, eine ausreichende Stimulierung im stimulier- auch keine Anregung in einer Querrichtung zu dieser baren Medium zu erzielen, muß die Anregungsenergie Längsrichtung und ebenso keine Abstrahlung in einer so groß sein, daß die Ladungsträger vom Grund- solchen Längsrichtung erfolgt. Bei dem optischen zustand in den angeregten Zustand angehoben werden 15 Sender bzw. Verstärker dieser Ausführung ist ein und daß wenigstens kurzzeitig eine nicht im thermo- endloses stimulierbares Medium benutzt, das entdynamischen Gleichgewicht befindliche Besetzungs- weder zwischen zwei Spiegelflächen hindurchläuft dichte zwischen mindestens zwei Energiestufen oder zwei sich gegenüberliegende Spiegelflächen trägt, erzeugt wird. Die Zufuhr an Anregungsenergie über- die innen und außen am Ring oder quer zu seiner wiegt dabei die in Ausstrahlungsrichtung abgegebene ao Achse angeordnet sein können. Die prinzipiell Energie bei weitem. Die Differenz wird in Wärme geringe axiale Tiefe des Ringes läßt jeweils nur ein umgesetzt. Dadurch wird das bei den bekannten verhältnismäßig kleines Kristallvolumen zur An-Lasern feststehende und ständig fast ganz in der regung und Abstrahlung kommen, so daß die Aus-Bahn der Anregungsstrahlung liegende stimulierbare gangsleistung von vorneherein beschränkt ist. Medium außerordentlich stark erhitzt, so daß ent- 25 In der deutschen Patentschrift 1170 546 ist ein weder nur ein Betrieb mit sehr kleiner Ausgangs- optischer Sender bzw. Verstärker vorgeschlagen worleistung bei intensiver Kühlung oder nur ein Impuls- den, dessen stimulierbares Medium als dünne Schicht betrieb möglich ist. Der Anwendungsbereich eines auf der Mantelfläche eines hohlzylindrischen Festoptischen Senders oder Verstärkers mit minimaler körpers ausgebildet ist. Dieser hat als Grundkristall Ausgangsenergie ist naturgemäß klein. Dasselbe gilt 30 eine niedrigere Brechzahl als die dünne Schicht. Eine für einen ausschließlich im Impulsbetrieb arbeitenden Bewegung des Zylinders ist nicht vorgesehen, er wird Laser, bei dem genügend Zeit zur Wärmeabfuhr zur als ganzes angeregt und strahlt als ganzes. Die Küh-Verfügung steht und die Impulsfrequenz daher zwang- lung erfolgt vorwiegend durch Wärmeleitung; zusätzläufig niedrig liegen muß, was in vielen Fällen eine lieh kann im Inneren des Hohlzylinders ein Kühlmittel Anwendung als Sender oder Verstärker ausschließt. 35 zirkulieren.

Zudem ist der bauliche Aufwand wegen der erforder- Ein in der deutschen Patentschrift 1183 597 be-

lichen, äußerst intensiven Kühlung sehr groß. schriebener Festkörperlaser besitzt ein stimulierbares

Ein in der deutschen Patentschrift 1279 866 an- Medium in Form koplanarer und parallel angeordgegebener früherer Vorschlag bezieht sich auf einen neter Fasern, die durch einen Elektronenstrahl anoptischen Sender oder Verstärker mit einem rota- 40 geregt werden und in Richtung zu diesem eine geringe tionssymmetrischen stimulierbaren Kristallmedium, Abmessung haben. Die Fasern können auf einer das auf einem Teilbereich seiner Außenfläche einer leitenden Platte angeordnet sein, die zugleich als Anregungsstrahlung ausgesetzt und um seine Achse Beschleunigungsanode und als Kühler dient. Die drehbar angeordnet ist, so daß bei einem Umlauf des Anregung der Fasern kann gleichzeitig oder auch Kristalls seine gesamte Außenfläche der Anregungs- 45 nacheinander erfolgen. Die Kühlung geschieht in strahlung ausgesetzt wird. Gegen den Boden eines jedem Falle nur durch Wärmeleitung mittels der Sacklochs im Kristall kann durch ein Rohr hindurch Anodenmasse, nicht durch Konvektion. Es erfolgt ein Kühlmittel geführt werden. Etwa vorhandene oder nämlich keine Bewegung des Festkörpers, der sich in entstehende Dampfblasen werden durch die Flieh- einem Vakuumgefäß befindet und daher auch nicht kraft zur Drehachse des Kristalls hin abgedrängt. Die 50 von einem Strömungsmittel umspült werden kann. Anregungsstrahlung kann von der einen Brennlinie Aus der französischen Patentschrift 1310 592 ist

eines elliptischen Zylinderspiegels ausgehen, in des- ein optischer Sender oder Verstärker bekannt, bei sen zweiter Brennlinie eine das Rohr und damit das dem das stimulierbare Medium ein zylindrischer, stimulierbare Medium führende Hohlspindel drehbar außen verspiegelter Hohlkörper ist, der die Angelagert ist. Während mit einem solchen Sender oder 55 regungslichtquelle enthält, aber nur als ganzes Verstärker dank der Bündelung des Anregungslichtes anregbar ist und daher nur als ganzes abstrahlen und der vorgesehenen Kühlmöglichkeit bereits eine kann. Irgendwelche Kühleinrichtungen sind nicht gewisse Leistungssteigerung erzielt wird, ist doch die vorgesehen, so daß eine hohe Leistungskonzentration erhältliche Ausgangsstrahlung grundsätzlich verhält- mit dieser Anordnung nicht erzielbar ist. nismäßig lichtschwach, weil der Kristall bei der be- 60 In der deutschen Auslegeschrift 1170 071 ist eine kannten Anordnung sehr kleine Abmessungen hat elliptische Reflektoranordnung für optische Sender und als lediglich um seine Achse rotierender, dünner oder Verstärker beschrieben, bei der eine Anzahl Stab selbst bei hohen Drehzahlen nur geringe von Anregungslichtquellen vorhanden und jeder von Umfangsgeschwindigkeiten annimmt, wodurch die diesen ein elliptischer Spiegel zugeordnet ist, wobei Kühlung stark beeinträchtigt wird. 65 im gemeinsamen Brennpunkt bzw. in der gemein-

Die französische Patentschrift 1379 289 beschreibt samen Brennlinie aller in Bezug darauf symmetrisch einen Laser, bei welchem ein ringförmiges stimulier- angeordneten Spiegel sich das stimulierbare Medium bares Medium um eine in der Drehachse befindliche befindet. Eine Kühlmittelströmung sorgt für ein

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Minimum an Kühlung dieser stationären Anordnung, parallel oder senkrecht zur Rotationsachse des stimubei der das stimulierbare Kristallvolumen gering und lierbaren Mediums verlaufenden, schmalen Oberdie Ausgangsleistung entsprechend klein ist. flächenbereich des die Umhüllende des rotierenden

Zum stetigen Betrieb ist ein optischer Festkörper- Mediums bildenden Rotationskörpers ausgeblendet Verstärker vorgesehen, der in der deutschen Auslege- 5 bzw. gebündelt ist, so daß gleichzeitig immer nur schrift 1162 480 erläutert ist und aus einem inner- derjenige Teilbereich des stimulierbaren Mediums halb eines strömungsgekühlten Resonators stationär angeregt wird und stimuliert ausstrahlt, der als Drehangeordneten Kristall besteht, welcher mit verhältnis- winkelbereich in seiner Breite der Dicke des stimumäßig langwelligem Licht anregbar ist, was den lierbaren Mediums bzw. seiner Wandstärke entspricht, stetigen Betrieb durch Ausnutzung von drei Stufen io Zum Begrenzen des Querschnitts der Anregungsder Elektronen-Energiezustände ermöglicht. An- strahlung ist zweckmäßig eine Spaltblende mit einer regungs- und Abstrahlenergie sind aber auch bei die- optischen Bündelungseinrichtung vorgesehen. Mit ser Anordnung gering, weil der Laserkristall nur ein einfachen baulichen Mitteln ist dadurch eine Begrenkleines, stets als Ganzes stimuliertes Volumen hat. zung des Strahlquerschnitts des Anregungslichtes in

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 15 der Bewegungsrichtung des Festkörperelementes optischen Sender oder Verstärker (Laser) der ein- erzielbar. Die Bündelungseinrichtung bedingt zwar gangs beschriebenen Gattung so zu gestalten, daß er einen etwas größeren Bauaufwand, vermeidet jedoch bei hoher Ausgangsenergie im Impulsbetrieb mit Anregungslichtverluste, die bei einer Spaltblende an einer sehr hohen Impulsfrequenz betrieben werden beiden Seiten des Spalts auftreten. Es ist auch eine kann, die gegebenenfalls bis an einen kontinuierlichen 20 Kombination einer Spaltblende mit einer Bündelungs-Betrieb heranreicht. Dies wird erfindungsgemäß da- einrichtung verwendbar, die zu besonders günstigen durch erreicht, daß das stimulierbare Medium in Ergebnissen führt.

Bewegungsrichtung eine gegenüber der Weite des Die Dicke des stimulierbaren Mediums in Richtung

Querschnitts der Anregungsstrahlung so wesentlich der Anregungsstrahlung beträgt vorteilhaft etwa 0,1 größere Gesamtfläche aufweist, daß diese jeweils nur 25 bis 3 cm, vorzugsweise etwa 0,5 cm, und die Weite periodisch durch die Anregungsstrahlung hindurch- des Querschnitts der Anregungsstrahlung in Bewandert, wegungsrichtung des stimulierbaren Mediums hat

Die Erfindung vermeidet, daß das stimulierbare zweckmäßig dieselbe Größenordnung. Medium ständig der Anregungsstrahlung ausgesetzt Das stimulierbare Festkörpermedium kann an sich

bleibt, da sonst letztere zum notwendigen Abkühlen 30 beliebig gestaltet und bewegt werden, solange sicherdes stimulierbaren Mediums immer wieder unter- gestellt ist, daß aufeinanderfolgende Zonen in gleicher brachen werden müßte. Das stimulierbare Festkörper- Orientierung durch die Anregungsstrahlung hindurchmedium wird vielmehr durch die begrenzte Bahn bewegt werden. Eine besonders einfache Antriebsder Anregungsstrahlung hindurchbewegt, so daß möglichkeit ergibt sich jedoch, wenn gemäß einer ständig neue Zonen des stimulierbaren Mediums der 35 Weiterbildung der Erfindung das stimulierbare Anregungslichtstrahlung ausgesetzt sind. Die jeweils Medium als Hohlzylinder mit zur Ausgangslichtstrahgerade nicht im Bereich der Anregungslichtstrahlung lung paralleler Zylinderachse ausgebildet ist, die mit befindlichen Zonen können somit abkühlen, während einem Rotationsantrieb verbunden ist, und wenn die die angeregte Zone einen Ausgangslichtstrahl aus- Anregungsstrahlung radial zum Zylindermantel gesendet. Dies setzt natürlich voraus, daß das stimulier- 40 richtet und ihr Querschnitt in Zylinderumfangsrichtung bare Medium in Bewegungsrichtung eine ausreichend begrenzt ist. Das stimulierbare Festkörpermedium große, kontinuierliche oder diskontinuierliche Ge- führt in diesem Fall eine einfach zu beherrschende samtausdehnung besitzt, um der Anregungsstrahlung und gegebenenfalls zu steuernde Rotationsbewegung über eine Zeitperiode hinweg immer neue Material- aus, die an jedem Ort eine quer zur radial gerichteten zonen aussetzen zu können. Die Aufeinanderfolge 45 Anregungsstrahlung verlaufende Umfangskomponente neuer Zonen des stimulierbaren Mediums kann auf hat. Dadurch werden von der Anregungsstrahlung eine fast beliebige Frequenz gesteigert werden, so daß immer neue Zonen des Hohlzylinders beaufschlagt, sich auch die Impulsfrequenz des Ausgangsstrahles die sich zwischen den Beaufschlagungen ausreichend fast beliebig erhöhen läßt. Durch Überlagerung von abkühlen können. Die Rotationsbewegung des stimu-Impulsen kann sogar eine praktisch kontinuierliche 50 lierbaren Festkörpermediums hat den besonderen Ausgangsstrahlung erzielt werden. Das stimulierbare Vorteil, daß die Bewegung gleichförmig — sowohl Medium kühlt sich zwischen den Zeiträumen ab, für kontinuierlichen als auch für diskontinuierlichen während deren es der Anregungsstrahlung ausgesetzt Betrieb — ohne Bewegungsumkehr erfolgt, ist, wobei die Kühlwirkung durch die Bewegung des Der Zylindermantel des Hohlzylinders kann homoMediums relativ zur Umgebung unterstützt wird. 55 gen sein. Das kann jedoch bei manchen stimulier-Dadurch, daß das Festkörpermedium sich nicht nur baren Medien die Herstellung erschweren. Außerdem quer zur Anregungsstrahlung, sondern auch quer sind in diesem Fall die gerade von der Anregungszum Ausgangsstrahl bewegt, ist sichergestellt, daß strahlung angeregten Zonen des Hohlzylinders nicht letzterer immer an derselben Stelle liegt. Dadurch sauber von denjenigen getrennt, die noch keiner wird es möglich, einen optischen Festkörperverstärker 60 Anregung unterworfen werden sollen. Nach einer oder -sender mit hoher Ausgangslichtleistung und bis zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist daher zur Kontinuität reichender Impulsfrequenz zu be- vorgesehen, daß der Zylindermantel durch nebentreiben. Damit werden dem Festkörper-Lichtverstär- einanderliegende, in Richtung von Zylindermantelker große neue Anwendungsbereiche zugänglich, die linien verlaufende Stäbe gebildet ist, deren Abmessung ihm bisher verschlossen waren. 65 in Zylinderumfangsrichtung im wesentlichen mit der

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung be- Weite des Querschnitts der Anregungsstrahlung in steht darin, daß die Brennlinie der Anregungsstrah- derselben Richtung übereinstimmt. Abgesehen von lung auf einen die optische Achse enthaltenden, einer dadurch möglichen Vereinfachung der Her-

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stellung des Hohlzylinders ist auf diese Weise sicher- Lichtquelle liegt und deren große Achse den Längsgestellt, daß jeweils nur ein einzelner Stab der schlitz durchsetzt, wobei der elliptische Querschnitt Anregungslichtstrahlung ausgesetzt ist, ohne daß die beiderseits des Längsschlitzes in einen kreisbogenbenachbarten Stäbe von der Strahlung des stimulier- förmigen Querschnitt übergeht, dessen Krümmungsten Stabes beeinflußt würden. 5 mittellinie mit der ersten Brennlinie zusammenfällt,

Die Stäbe können dabei einen kreisringsektor- und wobei das Gehäuse dem stimulierbaren Medium förmigen Querschnitt besitzen und mit ihren radial derart zugeordnet ist, daß letzteres durch die Anverlaufenden Seitenflächen aneinanderliegen. Dadurch regungsstrahlung im Bereich der außerhalb des ergibt sich ein guter mechanischer Zusammenhalt der Gehäuses liegenden zweiten Ellipsenbrennlinie hin-Stäbe und ein entsprechend stabiler Hohlzylinder. io durchwandert. Bei dieser Ausführung bildet das Die Stäbe können aber auch einen kreis- oder poly- Gehäuse zugleich eine Spaltblende und eine optische gonförmigen Querschnitt besitzen und entlang je einer Bündelungseinrichtung für die Anregungslichtstrah-Mantellinie aneinanderliegen. Dies hat den Vorteil, lung. Verluste an Anregungslichtstrahlung treten daß eine größere Oberfläche der Stäbe einem kühlen- nicht auf, da die von der Lichtquelle ausgehende den Umgebungsmedium ausgesetzt ist. 15 Lichtstrahlung zum Teil direkt über den elliptischen

Eine sehr günstige Ausbildung des Festkörper- Abschnitt des Gehäuses und zum Teil indirekt nach Lichtverstärkers wird auch dann erzielt, wenn das Reflexion am kreisbogenförmigen Abschnitt des stimulierbare Medium als Speichenstern ausgebildet Gehäuses in die äußere Brennlinie geworfen wird, ist, an dessen Zentralachse ein Rotationsantrieb an- durch die sich das stimulierbare Medium hindurchgreift, wobei die Anregungsstrahlung parallel zur 20 bewegt.

Zentralachse gerichtet sowie in Rotationsumfangs- Wenn eine besonders hohe Konzentration an Anrichtung auf einen Querschnittsstreifen begrenzt ist, regungslicht erwünscht ist, können zwei oder mehr dessen Weite im wesentlichen mit der Weite einer Gehäuse mit stabförmigen Anregungslichtquellen Speiche übereinstimmt und der bezüglich der Rota- derart angeordnet sein, daß ihre äußeren, zweiten tionsbewegung radial verläuft. In diesem Fall führt 25 Brennlinien im wesentlichen zusammenfallen und das stimulierbare Medium wiederum eine reine zwischen ihnen im Bereich der äußeren Brennlinien Rotationsbewegung aus, die gleichförmig verläuft und ein Durchtrittsspalt für das stimulierbare Medium leicht beherrschbar bzw. steuerbar ist. Darüber hinaus verbleibt.

hat der Speichenstern den besonderen Vorteil, daß Eine platzsparende Anordnung der Teile bei einem

sich die rotierenden Speichen sehr gut abkühlen. 30 Lichtverstärker mit hohlzylinderförmigem stimulier-Außerdem ist auch hierbei sichergestellt, daß jeweils barem Festkörpermedium ergibt sich, wenn ein nur eine begrenzte und mit den Nachbarzonen nicht Gehäuse im Inneren des Hohlzylinders, dieses im in Verbindung stehende Zone des stimulierbaren wesentlichen ausfüllend, angeordnet ist. Zugleich oder Mediums in der Bahn der Anregungsstrahlung liegt. wahlweise können jedoch auch ein oder mehr Eine bauliche Vereinfachung unter Beibehaltung 35 Gehäuse außerhalb des Hohlzylinders angeordnet der Vorteile des Rotationsantriebes läßt sich dadurch sein, wenn eine höhere Konzentration von Anregungserzielen, daß das stimulierbare Medium als polygo- licht erwünscht ist.

nale oder kreisförmige Ringscheibe ausgebildet ist, Bei einem erfindungsgemäßen optischen Sender

an deren Zentralachse ein Rotationsantrieb angreift, oder Verstärker mit zwei oder mehr auf das stimu- und daß die Anregungsstrahlung in Rotationsumfangs- 40 lierbare Medium einwirkenden Anregungslichtquellen richtung auf einen streifenförmigen, radial verlaufen- können auch zwei oder mehr Anregungsstrahlenbünden Querschnitt begrenzt ist. del einen in Richtung der Bewegungskomponente des Um bei einem Aufbau des Festkörperelementes stimulierbaren Mediums begrenzten Strahlquerschnitt aus Einzelstäben einen Verlust an Anregungslicht- haben und von den Zonen des stimulierbaren Mestrahlung durch seitlichen Austritt zu vermeiden, 45 diums zum Erzeugen von zwei oder mehr Ausgangskönnen die Längsaußenflächen der Stäbe mit Aus- strahlen nacheinander durchlaufen werden. Dasselbe nähme der der Anregungsstrahlung zugewandten ein- oder mehrteilige stimulierbare Festkörpermedium Flächenabschnitte dem stimulierbaren Medium zu- dient in diesem Fall zum Erzeugen von zwei oder gewandte spiegelnde Flächen tragen. mehr Ausgangslichtstrahlen, wodurch insgesamt Bei einem Verstärker oder Sender der angegebenen 50 gegenüber der Verwendung getrennter optischer Sen-Art mit im Inneren des stimulierbaren Mediums der oder Verstärker für jeden Ausgangsstrahl eine angeordneter Anregungslichtquelle ist es ferner zum erhebliche bauliche Vereinfachung erzielt wird.
Erzeugen der Anregungsstrahlung vorteilhaft, wenn Ist das stimulierbare Festkörpermedium als Speidie Anregungslichtquelle in an sich bekannter Weise chenstern ausgebildet, dann können zum Erzeugen stabförmig und in einem zylindrischen, feststehenden 55 von zwei Ausgangslichtstrahlen die stabförmige AnGehäuse parallel zu einer Zylindermantellinie an- regungslichtquelle, das Gehäuse und der Längsschlitz geordnet ist, wobei das Gehäuse einen zur Lichtquelle so lang bemessen sein, daß beiderseits der Zentralparallelen, die Spaltblende bildenden Längsschlitz achse je ein Anregungsstrahlenbündel vorhanden ist, aufweist. Mit einer in einem solchen Gehäuse unter- durch welche die Speichen des stimulierbaren Megebrachten Anregungslichtquelle wird ein streifen- 60 diums hindurchwandern. Selbstverständlich ist es förmiges, in Querrichtung scharf begrenztes An- möglich, die Ausgangslichtstrahlen durch optische regungslichtstrahlenbündel erzeugt, das über seine Umlenkmittel so umzulenken, daß sie den Lichtverganze Länge eine gleichmäßige Strahlungsintensität stärker parallel zueinander oder unter beliebigen besitzt. Winkeln verlassen.

Vorteilhaft ist das Gehäuse innen verspiegelt und 65 Bei dem erfindungsgemäßen Festkörper-Lichtverbesitzt in dem die Anregungslichtquelle umgebenden stärker tritt allein durch die Bewegung des stimulier-Bereich einen Querschnitt in Form einer Ellipse, in baren Festkörpermediums in der Umgebungsluft eine oder nahe bei deren erster Brennlinie die stabförmige Abkühlung ein, die bei nicht allzu hoher Impulsfre-

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quenz und ausreichend großer Ausbildung des Fest- Sender nach F i g. 1 entsprechend der Schnittlinie

körpermediums genügen kann. Für höhere Leistun- H-II,

gen und Impulsfrequenzen ist es jedoch vorzuziehen, F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein gegenüber wenn das Festkörpermedium wenigstens über einen F i g. 1 geänderten Aufbau des stimulierbaren Fest-Teil seines Weges in an sich bekannter Weise in ein 5 körpermediums,

flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel eintaucht, durch F i g. 4 einen Querschnitt durch das Festkörper-

das gegebenenfalls auch jede Anregungslichtquelle medium nach Fig. 3 entsprechend der Schnittlinie

kühlbar ist. Dieses Kühlmittel führt dann die Wärme IV-IV₅

aus den gerade nicht angeregten Zonen des fluores- Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Quer-

zenten Materials intensiv ab. io schnitt durch ein wiederum geändertes Festkörper-

Sowohl das stimulierbare Festkörpermedium als medium,

auch jede Anregungslichtquelle können durch ein F i g. 6 einen Schnitt durch eine geänderte Ausflüssiges oder gasförmiges Kühlmittel gekühlt sein. führungsform des optischen Senders nach der Erfin-Zweckmäßig ist bei einer Anordnung mit voneinander dung, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einzelne getrennten Kühlmittelströmen für das stimulierbare 15 Teile weggelassen sind,

Medium und jede Anregungslichtquelle vorgesehen, F i g. 7 einen Vertikalschnitt durch den optischen

daß die Kühlmittelströme voneinander durch eine Sender nach F i g. 6 entsprechend der Schnittlinie

möglichst nur für die Anregungsstrahlung durchlas- VII-VII,

sige und zugleich wärmeisolierende Zwischenschicht Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch getrennt sind. In diesem Fall kann das Kühlmittel in ao einen erfindungsgemäßen optischen Sender mit mehseinen physikalischen Eigenschaften und insbeson- reren Anregungslichtquellen und
dere hinsichtlich seiner Temperatur den meist unter- F i g. 9 einen der F i g. 8 entsprechenden Querschiedlichen Kühlungserfordernissen am stimulier- schnitt mit veränderter Anordnung der Anregungsbaren Festkörpermedium und an der Anregungslicht- lichtquellen,
quelle angepaßt werden. 25 In den F i g. 1 und 2 ist ein optischer Sender 1 mit

Um bei einem aus einzelnen Stäben aufgebauten einem stimulierbaren Medium 2 im festen Aggregat-Festkörpermedium einen Wärmeübergang von einem zustand dargestellt. In erster Linie kommen für das momentan angeregten Stab zum benachbarten, sich stimulierbare Medium dotierte Einkristalle, namentnoch abkühlenden Stab zu verhindern, kann vorge- lieh synthetischer Rubin, in Frage. Selbstverständlich sehen sein, daß die Stäbe durch wärmedämmende 30 können auch dotiertes Glas oder Kunststoff verwen-Zwischenschichten voneinander getrennt sind, die det werden. Dies gilt nicht nur für das Festkörperdünn gegenüber den Abmessungen der Stäbe in medium 2 des optischen Senders nach den F i g. 1 Zylinderumfangsrichtung sind. Diese dünnen Zwi- und 2, sondern für alle hier beschriebenen Festkörschenschichten wirken sich wegen ihrer geringen permedien.

Dicke nicht störend auf die Frequenz der Impuls- 35 Zum Anregen des stimulierbaren Festkörperfolge aus. mediums 2 dient eine Lichtquelle 3, die eine durch

Bei optischen Sendern oder Verstärkern ist es be- Pfeile 4 angedeutete Anregungslichtstrahlung aus-

kannt, daß stimulierbare Medium mit einer Auflage sendet.

aus gut wärmeleitendem Werkstoff zu versehen, Der optische Resonator wird dadurch gebildet, daß welche Wärme abführt und sie auf ein Kühlmittel 40 die Stirnflächen des stimulierbaren Festkörperüberträgt. Vorteilhaft ist bei Verwendung einer sol- mediums 2 plangeschliffen und mit Spiegelschichten 5 chen Auflage aus gut wärmeleitendem Werkstoff für und 6 versehen sind. Die Spiegelschicht 5 reflektiert den erfindungsgemäßen Sender bzw. Verstärker vor- z. B. vollständig, während die Spiegelschicht 6 teilgesehen, daß der gut wärmeleitende Werkstoff Kühl- durchlässig ist.

rippen bildet. Die Kühlwirkung solcher Rippen 45 Durch die Anregungslichtstrahlung 4 wird das stikommt infolge der ständigen Bewegung des stimulier- mulierbare Festkörpermedium 2 zu umgekehrter Bebaren Mediums besonders gut zur Geltung. Setzungsverteilung angeregt, die durch optische Reso-

Bei Verwendung einer in an sich bekannter Weise nanz an den Spiegelschichten 5 und 6 schließlich zur im Impulsbetrieb arbeitenden Anregungslichtquelle Aussendung eines stimulierten Ausgangslichtstrahist zweckmäßig vorgesehen, daß deren Impulsfre- 50 les 7 führt, der monochromatisch, kohärent und stark quenz und die Bewegungsgeschwindigkeit des stimu- gebündelt ist. Die Einzelheiten der Entstehung des lierbaren Mediums derart miteinander synchronisiert Ausgangslichtstrahles, insbesondere die zum Erzeusind, daß sich bei Abgabe jedes Anregungslicht- gen eines Ausgangslichtstrahles bestimmter Leistung impulses gerade ein Stab bzw. eine Speiche im An- erforderlichen Anregungslichtleistungen und -arten, regungsstrahl befindet. Diese Synchronisierung der 55 die je nach Material des Festkörpermediums 2 verBewegungen des aus Einzelteilen aufgebauten stimu- schieden sind, brauchen hier nicht erläutert zu werlierbaren Festkörpermediums mit der Impulsfolge der den. Sie sind allgemein bekannt.
Anregungslichtquelle führt zu einer optimalen Ener- Gemäß der Erfindung wandert das Festkörpergieausnutzung bei minimaler Wärmeerzeugung. medium 2 periodisch durch ein feststehendes und in

Ein erfindungsgemäßer optischer Sender oder Ver- 60 Bewegungsrichtung des Festkörpermediums begrenzstärker eignet sich insbesondere zur Anwendung auf tes Anregungslichtstrahlenbündel hindurch,
die Erzeugung von Riesenimpulsen in sehr rascher Zu diesem Zweck ist bei der Ausführungsform Folge. nach den F i g. 1 und 2 das Festkörpermedium 2 als

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Hohlzylinder 8 ausgebildet, dessen Achse parallel

Zeichnung dargestellt. Es zeigt 65 zum Ausgangslichtstrahl 7 verläuft. Der Hohlzylin-

F i g. 1 einen teilweise schematisierten Längsschnitt der 8 ist mittels einer allgemein mit 9 bezeichneten

durch einen optischen Sender nach der Erfindung, Antriebseinrichtung um seine Achse drehbar. Der

F i g. 2 einen Querschnitt durch den optischen Hohlzylinder 8 ist hierzu mit Drehzapfen 10 und 11

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verbunden, die über Stützarme 12 in seinem Inneren mittel kann zugleich die Anregungslichtquelle 3 abgestützt sind. Die Drehzapfen 10 und 11 sind in kühlen.

Lagern 13 und 14 geführt. Die Antriebseinrichtung Da die Kühlanforderungen bei der Anregungslicht-

kann beispielsweise aus einem schematisch angedeu- quelle und bei dem stimulierbaren Medium 2 in der teten Elektromotor 15 bestehen, der über ein Ge- 5 Regel verschieden sind, ist es jedoch besser, wenn triebe 16 am Drehzapfen 10 angreift. die Anregungslichtquelle 3 und ihr Gehäuse 17 von

Um ein in Umfangsrichtung des Hohlzylinders 8 einem zweiten Kühlgehäuse 24 umgeben sind, das einen begrenzten Querschnitt besitzendes Anregungs- aus einem wenigstens im Bereich der auftreffenden lichtstrählenbündel zu schaffen, ist die Anregungs- Anregungslichtstrahlung 4 für diese durchlässigen lichtquelle 3 in einem Gehäuse 17 angeordnet. Dieses io und zugleich wärmeisolierenden Werkstoff besteht, besitzt zylindrische Form. Die Anregungslichtquelle 3 Durch das zweite Kühlgehäuse 24 kann über axiale selbst ist stabförmig und erstreckt sich parallel zum Anschlüsse 25 und 26 ebenfalls ein flüssiges oder Mantel des Hohlzylinders 8. Bei dem Ausführungs- gasförmiges Kühlmittel zum Kühlen der Anregungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 ist das Gehäuse 17 lichtquelle 3 hindurchgeleitet werden. Die beiden im Inneren des Hohlzylinders 8, diesen im wesent- 15 Kühlmittelströme sind in diesem Fall vollkommen liehen ausfüllend, angeordnet. Beispielsweise kann voneinander getrennt. Als Kühlmittel kommt beidie Anregungslichtquelle 3 eine Entladungsblitzlampe spielsweise flüssige Luft in Frage, oder eine Fluoreszenzlampe sein. Abweichend von der Formgebung des stimulier-

Das zylindrische Gehäuse 17 weist einen Längs- baren Mediums 2 nach den F i g. 1 und 2 sind auch schlitz 18 auf, der den Querschnitt der Anregungs- 20 andere Formen gemäß den F i g. 3 und 4 möglich, lichtstrahlung 4 in Umfangsrichtung des Hohlzylin- Dort liegt das stimulierbare Medium 2' in Form von ders 8 auf ein Maß α begrenzt. Der Längsschlitz 18 Stäben 27 vor, die einen kreissektorförmigen bildet somit eine Spaltblende für die Anregungslicht- Querschnitt haben und mit ihren ebenen Seitenstrahlung 4. flächen so nebeneinanderliegen, daß sie insgesamt Um Verluste an Anregungslichtstrahlung weit- 25 einen geschlossenen Hohlzylinder 8' bilden. Dieser gehend zu vermeiden, besitzt das Gehäuse 17 folgen- ist wiederum an den Stirnflächen mit Spiegelschichden Querschnitt: Zwischen den Mantellinien 19 ist ten 5' und 6' versehen. Die einzelnen Stäbe können der Querschnitt des Gehäuses 17 elliptisch. In oder voneinander durch dünne wärmedämmende Zwinahe bei der einen Brennlinie B₁ ist die Anregungs- schenschichten 28 getrennt sein, die an ihren Oberlichtquelle 3 angeordnet. Die andere Brennlinie B₂ 30 flächen noch ebenso verspiegelt sein können, wie die liegt außerhalb des Gehäuses 17 im Bereich, zweck- Außenflächen 29 der Stäbe 27. Der Hohlzylinder 8' mäßig auf einem mittleren Umfang, des Hohlzylin- ist von einem Mantel 30 aus gut wärmeleitendem ders 8. Von den Mantellinien 19 bis zu Mantellinien Werkstoff, wie z. B. Kupfer oder Silber, umgeben. 20 in Richtung auf die Spaltblende zu verläuft der Der Mantel 30 bildet Kühlrippen 31. Querschnitt des Gehäuses 17 kreisbogenförmig, wo- 35 Eine weitere geeignete Form für das stimulierbare bei der Krümmungsmittelpunkt dieser Kreisbögen mit Medium eines optischen Senders nach den F i g. 1 der inneren Brennlinie B₁ zusammenfällt. Von den und 2 ist in F i g. 5 dargestellt und mit 2" bezeichnet. Mantellinien 20 aus verjüngt sich der Querschnitt Auch dort liegt das stimulierbare Medium in Form des Gehäuses 17 konisch zum Längsschlitz 18 hin. von Stäben 32 vor, die aber diesmal einen kreisför-Das von der Lichtquelle 3 ausgehende Anregungs- 40 migen Querschnitt besitzen und entlang von Mantellicht durchsetzt zu einem kleinen Teil unmittelbar linien so aneinanderliegen, daß sie insgesamt wiederden Längsschlitz 18, zu einem größeren Teil wird es um einen Hohlzylinder 8" bilden. Der Hohlzylinam elliptischen Gehäuseabschnitt 19-19 in die Brenn- der 8" kann ebenfalls mit einem Mantel aus Wärme linie B₉ direkt reflektiert, und zum restlichen Teil er- gut ableitendem Material versehen sein. Auch ist es folgt zunächst eine Reflexion an den Kreisbogen- 45 möglich, wärmedämmende Zwischenschichten und abschnitten 19-20 und dann am elliptischen Abschnitt eine Verspiegelung an den Stäben 32 anzubringen. 19-19 wiederum in die Brennlinie S₂. Dadurch ge- Bei der Ausführungsform nach den F i g. 6 und 7 langt praktisch alles von der Anregungslichtquelle 3 liegt ein stimulierbares Medium 2'" vor, das die ausgesandte Licht in das stimulierbare Medium des Form eines Speichensternes hat. Seine Speichen 33 Hohlzylinders 8 und regt dieses zur Ausstrahlung 50 gehen sternförmig und in gleichen Winkelabständen von monochromatischem, kohärentem, stark gebün- von einer zentralen Nabe 34 aus. Mit der Nabe 34 deltem Licht an. Das auf die beschriebene Weise aus- ist eine Welle 35 verbunden, an welcher ein Rotagebildete Gehäuse 17 stellt somit eine optische Bün- tionsantrieb 36 angreift, der wiederum aus einem delungseinrichtung dar, die mit der Spaltblende 18 Elektromotor 37 und einem Getriebe 38 bestehen zusammenwirkt. Voraussetzung hierfür ist selbst- 55 kann. Die Speichen 33 sind an ihren Enden mit Spieverständlich, daß die Innenflächen des Gehäuses 17 gelschichten 39 und 40 für den optischen Resonator verspiegelt sind. Das Gehäuse 17 erstreckt sich der versehen.

Länge nach über einen Großteil des Hohlzylinders 8. Zum Erzeugen der Anregungslichtstrahlung sind

Je nach Wunsch kann das Gehäuse 17 selbstverständ- zwei Anregungslichtquellen 3 a'" und 3 b'" vorgelich länger oder kürzer gemacht werden. 60 sehen, die in Gehäusen 17 a'" und 176'" angeordnet

Das stimulierbare Festkörpermedium 2 ist von sind. Die Ausbildung der Anregungslichtquellen und einem Kühlmittelgehäuse 21 mit Anschlußstutzen 22 Gehäuse stimmt mit derjenigen nach den F i g. 1 und 23 eingeschlossen, das aus einem wenigstens im und 2 überein, so daß sich eine erneute Beschreibung Bereich des Ausgangslichtstrahls 7 für diesen durch- erübrigt. Die Gehäuse 17a"' und 176'" liegen sich lässigen Werkstoff besteht. Durch das Kühlmittel- 65 derart gegenüber, daß ihre äußeren Brennlinien zugehäuse 21 kann ein flüssiges oder gasförmiges sammenfallen. Die gemeinsame äußere Brennlinie Kühlmittel gesandt werden, das die im Hohlzylin- liegt im Bereich eines Spaltes 41, der zwischen den der 8 entstehende Wärme abführt. Dieses Kühl- einander zugewandten Schlitzen 18 a'" und ISb'

liegt und den Durchtritt der Speichen 33 bei der Rotation des stimulierbaren Mediums 2'" ermöglicht. Die Speichen 33 werden in diesem Fall also von zwei gegenüberliegenden Seiten her durch das Anregungslicht beaufschlagt. Der Ausgangslichtstrahl 5 verläßt die Anordnung bei T". Solange die Gehäuse 17 a'" und YIb'" mit den stabförmigen Anregungslichtquellen 3 α'" und 3 b'" sich über die Länge nur einer Speiche 33 erstrecken, entsteht nur ein einziger Ausgangslichtstrahl T". Ebenso gut ist es jedoch möglich, eines oder beide der Gehäuse mit den Anregungslichtquellen über den gesamten Durchmesser des Speichersterns zu erstrecken, so daß dann das Gehäuse die in F i g. 6 gestrichelt ergänzte Gesamtform besitzt. In diesem Fall werden gleichzeitig zwei einander diametral gegenüberliegende Speichen angeregt, und es entsteht ein zusätzlicher Ausgangslichtstrahl la'", der gegebenenfalls durch optische Umlenkmittel so umgelenkt werden kann, daß er die Anordnung parallel zum Ausgangslichtstrahl T" oder in einem beliebigen Winkel zu diesem verläßt.

So wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 und 7 zwei einander gegenüberliegende Gehäuse mit Anregungslichtquellen und zusammenfallenden äußeren Brennlinien vorgesehen sind, ist dies auch bei einer hohlzylindrischen Formgebung des stimulierbaren Mediums möglich. Dies ist in F i g. 8 dargestellt. Dort ist ein Hohlzylinder 8 c gezeigt, in dessen Innerem ein erstes Gehäuse 17 c mit einer Anregungslichtquelle 3 c angeordnet ist, dem außerhalb des Hohlzylinders 8 c ein Gehäuse 17 d mit einer Anregungslichtquelle 3 d gegenüberliegt. Der Hohlzylinder 8 c läuft durch einen Spalt 42 zwischen den beiden Längsschlitzen 18 c und 18 d hindurch. In F i g. 8 ist ferner gestrichelt die Möglichkeit der Anordnung eines weiteren Gehäuses 17 e angedeutet, von dem aus das Material des Hohlzylinders 8 c an einer über dessen Umfang versetzten Stelle zur Stimulation angeregt werden kann. In diesem Fall entstehen wiederum zwei Ausgangslichtstrahlen.

Schließlich ist in F i g. 9 noch die Möglichkeit angedeutet, einem stimulierbaren Medium in Form eines Hohlzylinders 8 g ein inneres Gehäuse 17 g mit einer Anregungslichtquelle 3 g — entsprechend dem Gehäuse und der Anregungslichtquelle 3 in den F i g. 1 und 2 — sowie ein äußeres Gehäuse 43 zuzuordnen, das drei Anregungslichtquellen 44 enthält, deren Strahlenbündel durch die entsprechend ausgebildeten Innenflächen des Gehäuses 43 im wesentlichen auf die äußere Brennlinie des Gehäuses 17 g konzentriert werden. Auch in diesem Fall läuft der Hohlzylinder 8 g durch einen Spalt 45 zwischen dem Längsschlitz 18 g und einem Längsschlitz 46 hindurch. Auf diese Weise läßt sich eine noch größere Konzentration von Anregungslicht erzielen.

In allen Fällen soll die in F i g. 2 mit α bezeichnete Weite des den Strahlquerschnitt des Anregungslichts in Bewegungsrichtung des stimulierbaren Mediums begrenzenden Längsschlitzes im wesentlichen mit der Dicke des stimulierbaren Mediums in Richtung der Anregungslichtstrahlung übereinstimmen. Diese Dicke entspricht in den F i g. 1 und 2 der Wandstärke b des Hohlzylinders 8, in den F i g. 3 und 4 der radialen Dicke c der Stäbe 27, in F i g. 5 dem Durchmesser d der Stäbe 32, in den Fig. 6 und 7 dem Durchmesser d der Speichen 33 und schließlich in den F i g. 8 und 9 wiederum der Wandstärke e bzw. / der Hohlzylinder 8 c und 8 g. Diese übereinstimmenden Maße liegen zweckmäßigerweise zwischen 0,1 und 3 cm und betragen vorzugsweise — wie in der Zeichnung in natürlicher Größe dargestellt — 0,5 cm. Die übrigen Abmessungen des stimulierbaren Mediums sind so zu wählen, wie dies in der Technik der optischen Sender mit stimulierbarem Festkörpermedium üblich ist. Auch insoweit sind in der Zeichnung etwa natürliche Maße gewählt, die selbstverständlich je nach Bedarf verändert werden können.

Das Wirkungsprinzip ist bei allen beschriebenen Ausführungsformen gleich:

Das rotierende Festkörpermedium 2, 2', 2", 2"' läuft quer durch das oder die Anregungslichtstrahlenbündel hindurch. Dabei werden einzelne, in Mantelrichtung verlaufende Längsstreifen der Hohlzylinder 8, 8 c bzw. 8e oder die Stäbe 27 bzw. 32 oder die Speichen 33 periodisch dem Anregungslicht ausgesetzt. Während dieser Zeit entsteht in dem betreffenden Abschnitt des stimulierbaren Mediums ein kohärenter Ausgangslichtstrahl, der den optischen Sender immer an ein und derselben Stelle verläßt. Es kommt eine Zone bzw. ein Stab oder eine Speiche nach der anderen zur Aussendung eines Impulses kohärenter Strahlung, und zwischen den einzelnen Aussendungsvorgängen verbleibt genügend Zeit zum Abkühlen des die meiste Zeit über brachliegenden stimulierbaren Mediums.

Die Drehzahl des jeweiligen stimulierbaren Festkörpermediums ist auf die gewünschte Impulsfrequenz im Ausgangslicht abzustimmen. Sie kann dabei so hoch getrieben werden, daß praktisch eine kontinuierliche Ausgangslichtstrahlung entsteht.

Lediglich als Beispiel für die Rotationsgeschwindigkeit soll hier für die Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 folgende Anleitung gegeben werden:

Die bisher bekannten optischen Sender arbeiten mit Impulsfrequenzen von 0,2 bis 12 000 Impulse pro Minute. (Ein Beispiel für einen optischen Sender mit sehr niedriger Impulsfolge und mit Rubin als stimulierbarem Medium wird angegeben von J. P. W i 1 son in »Internationale elektronische Rundschau«, 1964, Nr. 11, S. 621. Ein Beispiel für einen optischen Sender mit verhältnismäßig hoher Impulsfolge ist angegeben von H. D. vom Stein in »Wehrtechnische Monatshefte«, Heft 8, August 1963, S. 309.) Die Dauer eines Einzelimpulses beträgt 10 ~⁷ Sekunden bis zu einigen Millisekunden. Nach Sy. Vogel und L. H. Dulberger (Electronics, Ausgabe vom 27. 10. 61) beträgt die Dauer eines Einzelimpulses bei Rubin als stimulierbarem Medium etwa 500 μβ; d. h., daß in diesem Falle 2000 Impulse pro Sekunde theoretisch möglich wären, ohne daß sich die einzelnen Impulse überlagern.

Das stimulierbare Medium sowie die Anordnung einschließlich der Anregungslichtquelle und die Kühlung seien so gewählt, daß 40 Impulse des monochromatischen, kohärenten, stark gebündelten Lichts pro Sekunde möglich sind. Die Impulsdauer betrage 500 μ5, d. h. bei dieser Impulsform sind 2000 Impulse pro Sekunde möglich, ohne daß sich die Einzelimpulse überdecken und ohne daß Lücken zwischen den einzelnen Impulsen bestehen.

Um 2000 Impulse pro Sekunde zu erzielen, wird beispielsweise das stimulierbare Medium in der Formgebung nach F i g. 5 in das Gerät nach F i g. 1 und 2 eingebaut und so ausgeführt, daß fünfzig Stäbe 32 den Hohlzylinder 8" bilden und daß dieser Hohlzylinder mit 40 Umdr./Sek. rotiert.

Die Anregungslichtquelle kann namentlich bei den als einheitliche Hohlzylinder 8, 8 c, 8 g ausgeführten stimuliexbaren Medien kontinuierlich Anregungslicht aussenden. Ist das stimulierbare Medium aus einzelnen Stäben oder Speichen od. dgl. aufgebaut, dann ist es natürlich günstiger, Anregungslichtquellen zu verwenden, die im Impulsbetrieb arbeiten. Die Frequenz der Anregungslichtquelle ist dabei auf die Drehzahl des stimulierbaren Mediums so abzustimmen, daß sich jeweils ein Stab bzw. eine Speiche im Weg des Anregungslichts befinden, wenn dieses ausgesandt wird. Der Antrieb kann dabei auch als Schrittantrieb ausgebildet sein.

Der erfindungsgemäße optische Sender ist auch sehr gut zur Erzeugung der sogenannten »Riesenimpulse« geeignet, deren Spitzenleistung um mehr als sechs Zehnerpotenzen höher liegt als die der Impulse anderer, im normalen Impulsbetrieb arbeitender optischer Festkörpersender. Auf das bereits angegebene Beispiel des aus fünfzig Einzelstäben des stimulierbaren Mediums bestehenden, mit 40 Umdr./ Sek. rotierenden Hohlzylinders angewendet, ergeben sich für die Erzeugung von Riesenimpulsen, bei beispielsweiser Zwischenschaltung einer Kerrzelle als optischer Verschluß zwischen das stimulierbare Medium und einen der Spiegel des optischen Resonators und unter Voraussetzung der nachstehenden Werte folgende Daten:

30

35

40

Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Anregungsimpulses und dem Öffnungsbefehl für den Kerrzellenverschluß etwa 0,5 ms

Umfangsgeschwindigkeit des Hohlzylinders 8" nach Fig. 5, der aus fünfzig Einzelstäben mit einem Durchmesser von 0,5 cm bestehen soll 10³ cm/s

Weg eines Stabes des stimulierbaren Mediums in der Verzögerungszeit (etwa 0,5 ms) zwischen Anregungsimpuls und Öffnung des Kerrzellenverschlusses ... 0,5 cm

Das entspricht in diesem Beispiel dem Durchmesser d eines Stabes, so daß im Augenblick des Einsetzens des Riesenimpulses der nächste Stab des aus fünfzig Rundstäben bestehenden Hohlzylinders 8" sich gerade vor der Schlitzblende zur Aufnahme des Anregungsimpulses der Anregungslichtquelle befindet. Dadurch ist nach diesem Ausführungsbeispiel eine Folge von Riesenimpulsen mit der Periodendauer T = 0,5 ms möglich.

Durch die Steigerung der Anzahl der Einzelstäbe im Mantel des Hohlzylinders und durch Erhöhung der Drehzahl des Hohlzylinders ist eine Verkürzung der Periodendauer T möglich, so daß man bei geeigneter Wahl der Anzahl der Einzelstäbe und der Umdrehungszahl des aus diesen Einzelstäben bestehenden Hohlzylinders eine Folge von Riesenimpulsen erhält, bei der die Periodendauer gleich oder kleiner wird als die Impulsdauer (Γ <Ξ τ).

(Weg eines Stabes während der Öffnungszeit von 0,02 μ5 des Kerrzellenverschlusses = 2 · 10~⁵ cm)

(Weg eines Stabes während der Dauer des Riesenimpulses von 0,2 μβ = 2-ΙΟ"⁴ cm)

Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere wäre es möglich, das stimulierbare Medium als zylindrischer Käfig mit voneinander getrennten Käfigstäben auszuführen. Auf diese Weise ließe sich ein noch besserer Kühleffekt erzielen, da die Stäbe allseitig einem Kühlmittel ausgesetzt werden können. Für den Fall, daß eine rotierende Bewegung des stimulierbaren Mediums nicht erwünscht ist, kann das stimulierbare Medium auch translatorisch periodisch hin- und herbewegt werden. Es kann zu diesem Zweck beispielsweise als Gitter mit zueinander parallelen Stäben ausgeführt sein. Dieses Gitter kann — abgesehen von den Umkehrpunkten — mit linearer Geschwindigkeit hin- und herbewegt werden. Außerdem ist eine Anpassung der Abstände der Gitterstäbe an Abweichungen der Geschwindigkeit vom Linearverlauf im Bereich der Umkehrpunkte möglich.

An Stelle eines rotierenden Speichensterns kann auch eine homogene, rotierende Platte von Kreisoder Polygonform verwendet werden, wie dies in F i g. 6 gestrichelt angedeutet ist.

Bei aus Stäben zusammengesetzten Hohlzylindern oder zylindrischen Käfigen können Stäbe beliebigen Querschnitts, insbesondere auch solche polygonalen Querschnitts, vorgesehen werden.

Die Ausbildung des optischen Resonators kann beliebig erfolgen. Insbesondere kann an Stelle von Spiegelschichten an den Stirnseiten auch je ein Prisma angeschliffen oder hinzugefügt werden, das aus dem gleichen Material wie das stimulierbare Medium besteht und total reflektiert. Die Spiegel des optischen Resonators können auch räumlich entfernt vom stimulierbaren Medium in justierbaren Halterungen angeordnet sein.

Im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens liegt es auch, das stimulierbare Medium ortsfest anzuordnen und die Anregungslichtquelle mit der Einrichtung zum Begrenzen des Anregungslichtstrahlenbündels rotieren zu lassen oder in anderer Weise zu bewegen. In diesem Fall tritt die Ausgangslichtstrahlung allerdings nicht immer an der gleichen Stelle aus, so daß optische Umlenk- oder Sammeleinrichtungen vorgesehen sein müssen, die die an verschiedenen Stellen erscheinenden Ausgangslichtstrahlen in eine Richtung lenken.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker (Laser) für hohe Leistung mit einem stimulierbaren Medium, dessen Mantelfläche sich in der Brennlinie des Spiegelsystems für die Anregung befindet, dessen Stirnflächen den optischen Resonator bilden und das zum Zwecke der Kühlung sowohl senkrecht zu seiner Ausstrahlungsrichtung als auch senkrecht zur Richtung der Anregungsstrahlung drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (2 usw.) in Bewegungsrichtung eine gegenüber der Weite (a) des Querschnitts der Anregungsstrahlung (4) so wesentlich größere Gesamtfläche aufweist, daß diese jeweils nur periodisch durch die Anregungsstrahlung (4) hindurchwandert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennlinie der Anregungsstrahlung (4) auf einen die optische Achse enthaltenden, parallel oder senkrecht zur Rotationsachse des stimulierbaren Mediums (2 usw.) ver-

laufenden, schmalen Oberflächenbereich des die Umhüllende des rotierenden Mediums bildenden Rotationskörpers ausgeblendet bzw. gebündelt ist, so daß gleichzeitig immer nur derjenige Teilbereich des stimulierbaren Mediums (2 usw.) angeregt und stimuliert ausstrahlt, der als Drehwinkelbereich in seiner Breite der Dicke des stimulierbaren Mediums bzw. seiner Wandstärke entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Begrenzen des Querschnitts der Anregungsstrahlung (4) eine Spaltblende (18 usw.) mit einer optischen Bündelungseinrichtung (19,20) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (b bis /) des stimulierbaren Mediums (2 usw.) in Richtung der Anregungsstrahlung (4) etwa 0,1 bis 3 cm, vorzugsweise etwa 0,5 cm beträgt und daß die Weite (a) des Querschnitts der Anregungs- ao strahlung (4) in Bewegungsrichtung des stimulierbaren Mediums (2 usw.) dieselbe Größenordnung hat.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (2) als Hohlzylinder (8 usw.) mit zur Ausgangslichtstrahlung (7) paralleler Zylinderachse ausgebildet ist, die mit einem Rotationsantrieb (9) verbunden ist, und daß die Anregungsstrahlung (4) radial zum Zylindermantel gerichtet und ihr Querschnitt in Zylinderurnfangsrichtung begrenzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8' bzw. 8") durch nebeneinanderliegende, in Richtung von Zylindermantellinien verlaufende Stäbe (27 bzw. 32) «gebildet ist, deren Abmessung in Zylinderumfangsrichtung im wesentlichen mit der Weite (α) des Querschnitts der Anregungsstrahlung (4) in derselben Richtung übereinstimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (27,28) einen kreisringsektorförmigen Querschnitt besitzen und mit ihren radial verlaufenden Seitenflächen aneinanderliegen oder daß die Stäbe (32) einen kreis- oder polygonförmigen Querschnitt besitzen und entlang je einer Mantellinie aneinanderliegen.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (2'") als Speichenstern ausgebildet ist, an dessen Zentralachse (35) ein Rotationsantrieb (36) angreift, und daß die Anregungsstrahlung (4) parallel zur Zentralachse gerichtet sowie in Rotationsumfangsrichtung auf einem Querschnittsstreifen begrenzt ist, dessen Weite (d) im wesentlichen mit der Weite (d) einer Speiche (33) übereinstimmt und der bezüglich der Rotationsbewegung radial verläuft.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium als polygonale oder kreisförmige Ringscheibe ausgebildet ist, an deren Zentralachse ein Rotationsantrieb angreift, und daß die Anregungsstrahlung in Rotationsumfangsrichtung auf einen streifenförmigen, radial verlaufenden Querschnitt begrenzt ist.

10. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsaußenflächen (29) der Stäbe mit Ausnahme der der Anregungsstrahlen zugewandten Flächenabschnitte dem stimulierbaren Medium zugewandte spiegelnde Flächen tragen.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, mit im Inneren des stimulierbaren Mediums angeordneter Anregungslichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungslichtquelle (3 usw. bzw. 44) in an sich bekannter Weise stabförmig und in einem zylindrischen, feststehenden Gehäuse (17 usw. bzw. 43) parallel zu einer Zylindermantellinie angeordnet ist und daß das Gehäuse einen zur Lichtquelle parallelen, die Spaltblende bildenden Längsschlitz (18 usw. bzw. 46) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17 usw. bzw. 43) innen verspiegelt ist und in dem die Anregungslichtquelle (3 usw. bzw. 44) umgebenden Bereich einen Querschnitt (19) in Form einer Ellipse besitzt, in oder nahe bei deren erster Brennlinie (B₁) die stabförmige Lichtquelle liegt und deren große Achse den Längsschlitz (18 usw.) durchsetzt, daß der elliptische Querschnitt beiderseits des Längsschlitzes in einen kreisbogenförmigen Querschnitt (19-20) übergeht, dessen Krümmungsmittellinie mit der ersten Brennlinie zusammenfällt, und daß das Gehäuse dem stimulierbaren Medium (2 usw.) derart zugeordnet ist, daß letzteres durch die Anregungsstrahlung (4) im Bereich der außerhalb des Gehäuses liegenden zweiten Ellipsenbrennlinie (B₂) hindurchwandert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Gehäuse (17 usw. bzw. 43) mit stabförmigen Anregungslichtquellen derart angeordnet sind, daß ihre äußeren, zweiten Brennlinien (B₂) im wesentlichen zusammenfallen und zwischen ihnen im Bereich der äußeren Brennlinien ein Durchtrittsspalt (41, 42, 45) für das stimulierbare Medium (2 usw.) verbleibt.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 5, 11 und gegebenenfalls 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (17 usw.) im Inneren des Hohlzylinders (8 usw.) dieses im wesentlichen ausfüllend, angeordnet ist, und/oder daß wenigstens ein Gehäuse (17 J, 17 e bzw. 43) außerhalb des Hohlzylinders angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, mit zwei oder mehreren auf das stimulierbare Medium einwirkenden Anregungslichtquellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Anregungsstrahlenbündel einen in Richtung der Bewegungskomponente des stimulierbaren Mediums (2 bzw. 2'") begrenzten Strahlquerschnitt haben und von den Zonen des stimulierbaren Mediums zum Erzeugen von zwei oder mehr Ausgangsstrahlen (T" bzw. 7 a"') nacheinander durchlaufen werden.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8, 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmige Anregungslichtquelle (3 a'"), das Gehäuse (17 α"') und der Längsschlitz (18 a'") so lang bemessen sind, daß beiderseits der Zentralachse (35) je ein Anregungsstrahlenbündel vorhanden ist, durch welche die Speichen (33) des stimulierbaren Mediums (2'") hindurchwandern.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der

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Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (2 usw.) wenigstens über einen Teil seines Weges in an sich bekannter Weise in ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel eintaucht, durch das gegebenenfalls auch jede Anregungslichtquelle (3) kühlbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, mit voneinander getrennten Kühlmittelströmen für das stimulierbare Medium und jede Anregungslichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelströme voneinander durch eine möglichst nur für die Anregungsstrahlung (4) durchlässige und zugleich wärmeisolierende Zwischenschicht ■(24) getrennt sind.

19. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 6, 7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe

(27) durch wärmedämmende Zwischenschichten

(28) voneinander getrennt sind, die dünn gegenüber den Abmessungen der Stäbe in Zylinderumfangsrichtung sind.

20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem das stimulierbare Medium mit einer Auflage aus gut wärmeleitendem Werkstoff versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gut wärmeleitende Werkstoff Kühlrippen (31) bildet.

21. Vorrichtung wenigstens nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer in an sich bekannter Weise im Impulsbetrieb arbeitenden Anregungslichtquelle (3 usw. bzw. 44) deren Impulsfrequenz und die Bewogungsgeschwindigkeit des stimulierbaren Mediums (2 usw.) derartig miteinander synchronisiert sind, daß sich bei Abgabe jedes Anregungslichtimpulses gerade ein Stab (27, 32) bzw. eine Speiche (33) im Anregungsstrahl befindet.

22. Anwendung des optischen Senders oder Verstärkers nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, auf die Erzeugung von Riesenimpulsen in sehr rascher Folge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen