DE1514591C3 - Justiervorrichtung fur das sti mulierbare Medium eines optischen Sen ders tür kohärentes Licht - Google Patents

Description

. Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung für das stabförmige stimulierbare Medium eines optischen Senders für kohärentes Licht, bei dem dieses Medium und eine Anregungslichtquelle in einem Kühlmittelkanal längs der Rotationsachse eines ellipsoidförmigen Hohlspiegels jeweils im Bereich zwischen einem Brennpunkt und dem benachbarten Hohlspiegelscheitel angeordnet sind, bei dem der Hohlspiegel aus wenigstens zwei mit Kühlrippen ausgerüsteten Teilschalen besteht und bei dem das Medium zur Justierung um einen außerhalb des Hohlspiegels auf der Rotationsachse liegenden Drehpunkt verschwenkbar angeordnet ist.

Das allgemeine Prinzip eines Lasers wurde zwar in der Literatur schon hinreichend beschrieben, doch soll zum besseren Verständis zunächst an Hand eines einfachen Beispiels nochmals Jcurz auf die Wirkungsweise eines derartigen optischen Verstärkers eingegangen werden. Die F i g. 1 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Ordinate die Energie E und auf der Abszisse die sogenannte Besetzungszahl η aufgetragen sind. Das Diagramm enthält die Darstellung der Energieverteilung für ein stimulierbares Medium mit drei Energieniveaus. Die einzelnen Energieniveaus sind mit E\,E2 und E 3 bezeichnet. Ihre Besetzung — darunter wird die Anzahl der jeweiligen Atome mit diesem Energiezustand verstanden — ist im thermischen Gleichgewicht so, daß die höheren Energieniveaus weniger besetzt sind als die tieferen Energieniveaus. Die Verteilung entspricht einer Boltzmann-Verteilung und ist in F i g. 1 mit B bezeichnet. Der Schnittpunkt dieser Kurve mit den einzelnen Energieniveaus gibt an, welche Besetzungszahlen den einzelnen Energieniveaus zukommen.

Beim optischen Sender ist in der Regel ein solches stimulierbares Medium zu wählen, dessen Abstand zwischen den Energieniveaus E 1 und E 2 dem Produkt h ■ fs und dessen Abstand zwischen den Energieniveaus E1 und E 3 dem Produkt h · fp entspricht, worin h das Plancksche Wirkungsquantum, fs die mittlere Signalfrequenz und fp die dem Anregungsübergang entsprechende Anregungsfrequenz sind.

Die Zuführung der erforderlichen Anregungsenergie erfolgt in Bestrahlungseinrichtungen, bei denen das Licht der. Anregungslichtquelle mittels eines Spiegelsystems möglichst vollständig auf das stimulierbare Medium übertragen wird.

Bekannt ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 162 480 eine Anordnung, bei der ein elliptischzylindrischer Hohlspiegel Verwendung findet, längs dessen einer Brennlinie die Anregungslichtquelle und längs dessen anderer Brennlinie das stimulierbare Medium angeordnet ist. Weiter sind in Microwave, April 1965, Bestrahlungseinrichtungen beschrieben worden, bei denen der Hohlspiegel als Rotationsellipsoid ausgebildet ist, in dessen Brennpunkten oder in denen exfokal die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium vorgesehen sind.

Das stimulierbare Medium, beispielsweise ein einem Metallrohr befestigt, durch das das Signal-Rubinstab, ist bei der letztgenannten Anordnung in licht aus dem optischen Sender austreten kann. Der Rubinstab ist auf die Achse des Metallrohres zentriert. Zwischen dem Rubinstab und dem Metallrohr ist häufig ein Saphirröhrchen angeordnet, damit der Rubinstab vollständig dem Anregungslicht ausgesetzt ist.

Bei einer bekannten Anordnung ist das Metallrohr in seinem mittleren Bereich mit einer ringförmigen Schneide gefaßt, die mit dem Hohlspiegel verbunden ist und den in ihrer Ebene liegenden Teil des Metallrohres auf die Rotationsachse zentriert. An der dem Hohlspiegel abgewandten Seite des Metallrohres sind drei um 120° versetzte Justierschrauben vorgesehen, die das Metallrohr mit dem Rubinstab um den innerhalb der ringförmigen Schneide liegenden Punkt der Rotationsachse beliebig zu schwenken gestatten.

Diese Justierbarkeit des Rubinstabes ist erforderlich, um beispielsweise den Einfluß einer Unsymmetrie der Anregungslichteinstrahlung oder von Fehlern des Kristalls oder der Geometrie des Rubinstabes auszuschalten. Für spezielle Anwendungen wird auch die Möglichkeit der Einstellung einer beabsichtigten Unsymmetrie in bezug auf die Rotationsachse gefordert.

Die bekannte Einstellart weist aber den entscheidenden Nachteil auf, daß bei jeder, von der Rotationsachse abweichenden Justierung, die Achse des Rubinstabes keinen mit der Rotationsachse des Hohlspiegels gemeinsamen Punkt mehr aufweist. Es ist daher nur eine sehr grobe Justierung möglich.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Justiereinrichtung zu realisieren, die gegenüber der bekannten eine feinere Einstellbarkeit gewährleistet.

Ausgehend von einer Justiervorrichtung der einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindüngsgemäß dadurch gelöst, daß eine zur Halterung des stimulierbaren Mediums gehörende Scheibe als Teilstück der Justiervorrichtung eine Kugelfläche aufweist, deren Mittelpunkt im Schwerpunkt des stimulierbaren Mediums liegt.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 2 zeigt die Justiervorrichtung im Rahmen der gesamten Anregungsanordnung,

Fig. 3 zeigt die Halterung des stimulierbaren Mediums,

F i g. 4 zeigt weitere Einzelheiten der Halterung.

Die F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Senders mit der erfindungsgemäßen Halterung für das stimulierbare Medium. Die Hauptbestandteile des optischen Senders sind Hohlspiegel-Halbschalen 1 und 2, ein Rubinstab 3, eine Anregungslichtquelle 4 und eine Kühlmittelleitung 5. Der Rubinstab 3 ist an der Stirnfläche 6 völlig verspiegelt und an seiner anderen Stirnfläche? teildurchlässig verspiegelt. Er ist in einer Halterung 8 befestigt.

Die Wirkungsweise dieses optischen Senders ist folgendermaßen: Die Anregungslichtquelle 4 emittiert Lichtenergie der Frequenz fp, die nach ein oder mehreren Reflexionen am Hohlspiegel 1,2 in den Rubinstab 3 eindringt und seine Chrom-Aktivator-Ionen bis zur Inversion anregt. Diese Ionen fallen nach kurzer Zeit unter Aussendung der verschiedensten kohärenten Wellen in ihren Ruhezustand zurück. Eine Ausnahme bilden diejenigen Wellen, die sich längs der Achse des Rubinstabes 3 fortpflanzen. Sie treffen auf die Spiegel 6 und 7 und laufen im Rubinstab 3 hin und her, wobei sie in den Chromionen, die sie durchqueren, Wellen gleicher Frequenz und Phase auslösen, so daß ein sich verstärkender Wellenzug entsteht. Ein Teil der auf diese Weise entstandenen Signalstrahlung fs tritt durch den teildurchlässigen Spiegel 7 und die Bohrung in der Halterung 8 des Rubinstabes aus dem Gerät aus. Durch die Kühlmittelleitung 5 wird Wasser geleitet, welches im Vorbeiströmen von dem Rubinstab 3 und der Anregungslichtquelle 4 Wärme abführt.

Sowohl die Anregungslichtquelle 4 als auch der Rubinstab 3 müssen innerhalb der Anregungsanordnung optimal angeordnet sein. Dies bedeutet, daß sie sich vorzugsweise längs der Rotationsachse des Hohlspiegelellipsoids befinden. Ein Feinabgleich der Lage des Rubinstabes 3 erfolgt über die Halterung 8.

ίο Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Halterung. Sie besteht aus dem Messingteil 8, einer Saphirhülse 9 und dem Rubinstab 3. Der in Saphir 9 gefaßte Rubinstab 3 ist handelsüblich. Das Saphirröhrchen wird mit einem polymerisierenden Zwei-Komponenten-Kleber auf Äthoxylinharzbasis (Araldit) so in die Halterung 8 eingeklebt, daß die Achse des Rubinstabes 3 mit der Halterung 8 fluchtet.

Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Hohlspiegel-Halbschale 1 mit einem Anschlußstück 10, in das die in F i g. 3 beschriebene Halterung eingesetzt ist. Die Halterung 8 wird mit einer Verschraubung 11, die die Halterung 8 mit einer Überwurfmutter 12 verbindet, über das Anschlußstück 10 zur Halbschale 1 zentrisch gelagert. Eine Scheibe 13 trägt eine kugelförmige Fläche, deren Mittelpunkt im Schwerpunkt des Rubinstabes 3 liegt. Die Halterung 8 kann mit vier um 90° versetzten Gewindestiften 14 verstellt werden, wobei der Rubinstab 3 um seinen Schwerpunkt geschwenkt wird. Die Justierung erfolgt bei gleichzeitiger Prüfung der Eigenschaften des Signallichts fs bis zur Erreichung einer optimalen Einstellung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Justiervorrichtung für das stabförmige stimulierbare Medium eines optischen Senders für kohärentes Licht, bei dem dieses Medium und eine Anregungslichtquelle in einem Kühlmittelkanal längs der Rotationsachse eines ellipsoidförmigen Hohlspiegels jeweils im Bereich zwischen einem Brennpunkt und dem benachbarten Hohlspiegelscheitel angeordnet sind, bei dein der Hohlspiegel aus wenigstens zwei mit Kühlrippen ausgerüsteten Teilschalen besteht und bei dem das Medium zur Justierung um einen außerhalb des Hohlspiegels auf der Rotationsachse liegenden Drehpunkt verschwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Halterung (8) des stimulierbaren Mediums (3) gehörende Scheibe (13) als Teilstück der Justiervorrichtung eine Kugelfläche aufweist, deren Mittelpunkt im Schwerpunkt des stimuliei baren Mediums liegt.