DE1589068A1 - Parametric device welding of circular ring seams - Google Patents
Parametric device welding of circular ring seamsInfo
- Publication number
- DE1589068A1 DE1589068A1 DE19661589068 DE1589068A DE1589068A1 DE 1589068 A1 DE1589068 A1 DE 1589068A1 DE 19661589068 DE19661589068 DE 19661589068 DE 1589068 A DE1589068 A DE 1589068A DE 1589068 A1 DE1589068 A1 DE 1589068A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- radiation
- crystal
- angle
- tellurium
- optical axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 135
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 117
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 49
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 47
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 18
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 2
- 229960005265 selenium sulfide Drugs 0.000 claims 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 101000998814 Escherichia coli O6:H1 (strain CFT073 / ATCC 700928 / UPEC) N-acetylneuraminate lyase 1 Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005374 Kerr effect Effects 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- UZDWIWGMKWZEPE-UHFFFAOYSA-K chromium(iii) bromide Chemical compound [Cr+3].[Br-].[Br-].[Br-] UZDWIWGMKWZEPE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated C.K.N. Patel 10/11WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated C.K.N. Patel 10/11
χ New York, N. Y. 10007 USAχ New York, N. Y. 10007 USA
Parametrische EinrichtungParametric setup
Die Erfindung betrifft parametrische Oszillatoren, parametrische Verstärker und andere parametrische Einrichtungen für infrarote Wellenlängen.The invention relates to parametric oscillators, parametric Amplifiers and other parametric devices for infrared wavelengths.
Vor kurzem gemachte Vorschläge für optische Nachrichtenübertragungssysteme beruhten auf den weithin bekannten Laser als Quellen für koherente Strahlung und auf parametrische Einrichtungen als Mittel, um die für optische NachrichtenübertragungRecent proposals for optical communication systems relied on the well-known laser as sources of coherent radiation and on parametric devices as a means of providing for optical communications
benutzbaren Frequenzbänder unter Beibehaltung der Koherenz der (usable frequency bands while maintaining the coherence of the (
Strahlung breiter und stetiger zu machen.To make radiation wider and more steady.
Parametrische Einrichtungen sind Einrichtungen, die ihre Wirksamkeit von der Tatsacherierleiten, daß sie im wesentlichen nicht-Parametric devices are devices that enhance their effectiveness derive from the fact that they are essentially non-
I
linear auf ein Eingangssignal ansprechen. Insbesondere verwenden im optischen Teil des Spektrum einschließlich des infraroten Teils
parametrische Einrichtungen typischerweise einen Block aus optischem Material, das einen wesentlichen PolarisationskoeffifcientI.
respond linearly to an input signal. In particular, in the optical portion of the spectrum, including the infrared portion, parametric devices typically use a block of optical material that has a substantial coefficient of polarization
009813/U60009813 / U60
15690··15690 ··
zweiter Ordnung aufweist. Die Eingangsstrahlung oder Strahlungen werden durch diesen Materialblock in nichtgeführter Weise fortgepflanzt. Es tritt eine wellenartige Verschiebung von Ladungsdipolen, d. h. eine Polarisations welle auf, die einen Energieaustausch zwischen mehrfachen Eingangs Strahlungen ergibt oder unter dem Einfluß einer einfachen Eingangs Strahlung Strahlungen von verschiedenen Frequenzen erzeugt. Die erste Art von Einrichtung ist ein Verstärker für die Strahlung, die Energie gewinnt. Die zweite Art von Einrichtung kann ein harmonischer Generator oder unter geänderten Bedingungen ein parametrischer Oszillator sein. Ein parametrischer Oszillator ist insbesondere zur Verbreiterung des für optische Nachrichtenübertragung nutzbaren Frequenzbandes nützlich. Typischerweise werden bei einem parametrischen Oszillator ein Resonator und eine veränderliche Fortpflanzungsrichtung im Material verwendet.second order. The input radiation or radiations are not guided through this block of material Propagated way. There is a wave-like shift of charge dipoles, i. H. a wave of polarization, the one Energy exchange between multiple input radiations produces or generates radiations of different frequencies under the influence of a simple input radiation. The first Kind of device is an amplifier for the radiation that extracts energy. The second type of facility can be a harmonic generator or, under changed conditions, a parametric oscillator. A parametric oscillator is particularly useful for broadening the frequency band that can be used for optical communication. Typically, a parametric oscillator has a resonator and a variable direction of propagation used in the material.
Obwohl mit derartigen optischen parametrischen Einrichtungen zahlreiche Versuche durchgeführt wurden, ging ihre Entwicklung über das wissenschaftliche Interesse hinaus wegen der Schwäche der erzielbaren nichtlinearen Effekte nur sehr langsam vor sich. Unter den besseren Materialien für derartige Einrichtungen befinden sich Lithium metaniobate und Galliumarsenid.Although many attempts have been made with such optical parametric devices, their development has continued beyond the scientific interest because of the weakness of the achievable non-linear effects only very slowly. Among the better materials for such devices are lithium metaniobate and gallium arsenide.
0Ö9813/U600Ö9813 / U60
15890M15890M
Diese Materialien können nur schwer im Wellenlängenbereich des "atmosphärischen Fensters" von 8 η bis 14 ju verwendet werden. Somit ist es wünschenswert, Materialien und Verfahren zu fin den, die leicht in optischen parametrischen Einrichtungen verwendet werden können, die in diesem Teil des infraroten Teils des Spektrums arbeiten.These materials can only be used with difficulty in the wavelength range of the "atmospheric window" from 8 η to 14 ju. Thus, it is desirable to find materials and methods that can be readily used in optical parametric devices that operate in this part of the infrared part of the spectrum.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß in Einkristall Tellur mit einer niedrigen Löcherkonzentration überraschenderweise starke parametrisohe Effekte vorhanden sind. Ein derartiger Einkristall wurde in einem phasenangepaßten Einpaßgenerator für zweite Harmonische verwendet. Wenn der Kristal mit 170 mW einer koherenten Strahlung mit stetigen Wellen eines Kohlendioxid-Lasers bei 10, C <u gepumpt wurde, erhielt man 10 mW der zweiten Harmonischen bei 5, 3 u. Die Weglänge der Strahlungen innerhalb des Kristalls betrug 9 mm. Der Effekt ist somit sehr viel stärker als er bisher bei anderen jThe present invention is based on the discovery that surprisingly strong parametric effects are present in single crystal tellurium with a low hole concentration. Such a single crystal has been used in a phase-matched second harmonic pass generator. When the crystal was pumped with 170 mW of coherent radiation with steady waves from a carbon dioxide laser at 10, C <u, 10 mW of the second harmonic was obtained at 5, 3 u. The path length of the radiations within the crystal was 9 mm. The effect is therefore much stronger than it has been with other j
optischen Materialien erreichbar war. Insbesondere beträgt der Polarisationskoeffizient zweiter Ordnung (nichtlinearer Koeffizient), der die nichtlineare Wechselwirkung beschreibt, wenigstens das 400fache des Polarisationskoeffizienten zweiter Ordnung von Lithiummetaniobat, das bisher das beste phasenanpaßbare nichtlineare Material war.optical materials was achievable. In particular, the second order polarization coefficient (nonlinear coefficient) is describing the nonlinear interaction, at least 400 times the second order polarization coefficient of Lithium metaniobate, the best phase-adjustable nonlinear to date Material was.
009813/U60009813 / U60
15690681569068
-H--H-
Die Stärke des Effekts ist umso überraschender, als Tellur ein elementarer Kristall ist während bisher die stärksten parametrischen Effekte und andere nichtlineare Effekte in aus Verbindungen bestehenden Kristallen erzielt wurden.The strength of the effect is all the more surprising as tellurium is an elementary crystal while so far the strongest parametric effects and other nonlinear effects in compound crystals have been achieved.
Eine Untersuchung des Generators für zweite Harmonische unter Verwendung von Tellur zeigt, daß Selen ebenfalls starke nicht-An investigation of the generator for second harmonic using tellurium shows that selenium is also strong non-
lineare Effekte in einem großen Teil des infraroten Teils des ψ Spektrums zeigen müßte und im Bereich von D,8 a bis 4 u vorzuziehen \st, wo Tellur eine große Dämpfung ergibt.linear effects in a large part of the infrared portion would show the spectrum and ψ in the range of D, 8a st to 4 u preferable \ where tellurium gives a large attenuation.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden eingehenden Erläuterung und den Zeichnungen ersichtlich.Further advantages of the invention will become apparent from the following detailed explanation and the drawings.
Fig. 1 zeigt teilweise schematisch und teilweise als Blockschema eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Generators für zweite Harmonische. Fig. 1 shows, partly schematically and partly as a block diagram, a preferred embodiment of the second harmonic generator according to the invention.
k Fig. 2 zeigt teilweise schematisch und teilweise alsk Fig. 2 shows partially schematically and partially as
Blockschema eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen parametrischen Oszillators.Block diagram of a preferred embodiment of a parametric oscillator according to the invention.
Fig. 3 zeigt teilweise schematisch und teilweise alsFig. 3 shows partially schematically and partially as
Blockschema eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen parametrischen Verstärkers.Block diagram of a preferred embodiment of a parametric amplifier according to the invention.
Fig. 4 zeigt teilweise bildlich und teilweise als Blockschema eine Ausführung eines erfindungsgemäßen optischen Modulators.Fig. 4 shows, partly pictorially and partly as a block diagram, an embodiment of an inventive device optical modulator.
0 0 9 8 1 3 / U 6 0 ^!G!NAL 1^CTO0 0 9 8 1 3 / U 6 0 ^ ! G! NAL 1 ^ CTO
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, welche dieFig. 5 is a graph showing the
Änderung der erzeugten zweiten Harmonischen der Ausführung der Fig. 1 abhängig von der Winkelabweichung von der Richtung der maximalen zweiten Harmonischenn(Phasenanpaßrichtung) zeigt.Change of the generated second harmonic of the embodiment of FIG. 1 depending on the Angular deviation from the direction of the maximum second harmonic (phase matching direction) shows.
Fig. 6 zeigt teilweise bildlich und teilweise als Blockschema eine Ausführung eines Faraday-Modulators gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Fig. 6 shows partially pictorially and partially as a block diagram an embodiment of a Faraday modulator according to a further aspect of the invention.
Fig. 7 zeigt teilweise Bildlich und teilweise als Blockschema eine Ausführung eines Detektors gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bei Verwendung in einem Nachrichtenübertragungssystem.FIG. 7 shows, partly pictorially and partly as a block diagram, an embodiment of a detector according to FIG a further aspect of the invention when used in a communication system.
In Figur 1 besteht der Generator für zweite Harmonische aus dem Einkristall 11 aus im wesentlichen eigenleitenden Tellur und aus dem Kohledioxidlaser 12, der an den Tellurkristall 11 einen gerichteten Strahl aus koherenter Pumpstrahlung bei 10, 6 η unter einem Winkel von etwa 14 10' zu der optischen Achse des Kristalls 11 anlegt. Hinter der Austrittsfläche des Kristalls 11 ist das Verbrauchergerät 13 angeordnet, das z.B. eine frequenzschiebende Stufe in einem optischen Empfänger sein kann, in der die 5, 3 u-Strahlung in der Weise eines .örtlichen Oszillatorsignals verwendet wird.In FIG. 1, the generator for second harmonics consists of the single crystal 11 of essentially intrinsically conductive tellurium and of the carbon dioxide laser 12, which sends a directed beam of coherent pump radiation to the tellurium crystal 11 at 10.6 η at an angle of about 14 10 'to the optical axis of the crystal 11 applies. Behind the exit surface of the crystal 11, the consumer device 13 is arranged, which can be, for example, a frequency-shifting stage in an optical receiver in which the 5, 3 u radiation is used in the manner of a local oscillator signal.
0Ö9813/H6Ö0Ö9813 / H6Ö
Vor dem Einfall auf den Tellurkristall 11 geht die 10, 6 «-Strahlung vom Laser 12 durch das 1O1 6 η Bandpaßfilter 14, um eine unerwünschte Fluoreszenz zu beseitigen, die ebenfalls vom Laser 12 emittiert werden kann, ferner durch die Dämpfungseinrichtungen 15 und 16, um den Pumpenergiepegel einzustellen, weiterhin durch den 10, 6 u Polarisator, um die Laserstrahlung zu polarisieren und schließlich zu dem konkaven fokussierenden und reflektierenden Element 18, um die richtige Konzentration der Pümpstrahlung im Kristall 11 sicherzustellen. Auf seinem Weg vom Tellurkristall 11 zum Verbrauchergerät 13 geht die induzierte 5, 3tui-Strahlung der zweiten Harmonischen durch den 5, 3 u-Polarisator 19, die Fokussierlinse 20, das 10, 6 μ Sperrfilter 21 und die 5, 3u Bandpaßfilter 22 und 23. Alle diese Elemente haben die Tendenz, unerwünschte Strahlungen und Strahlungskomponenten, die vom Tellurkristall 11 ausgehen, zu beseitigen. Prior to incidence on the tellurium crystal 11 passes the 10, 6 "radiation from the laser 12 through the 1O 1 6 η bandpass filter 14 to eliminate unwanted fluorescence can also be emitted from the laser 12, further characterized by the damping means 15 and 16 to adjust the pump energy level, further through the 10, 6 u polarizer to polarize the laser radiation and finally to the concave focusing and reflective element 18 to ensure the correct concentration of the pump radiation in the crystal 11. On its way from tellurium crystal 11 to consumer device 13, the induced 5.3 tui radiation of the second harmonic goes through the 5.3 u polarizer 19, the focusing lens 20, the 10.6 u cut-off filter 21 and the 5, 3 u bandpass filters 22 and 23 All of these elements have a tendency to eliminate undesirable radiation and radiation components emanating from the tellurium crystal 11.
Der Tellurkristall 11 wurde aus einem handelsüblichen Kristall mit einem nominellen Verunreinigungsgehalt von weniger als 1 zu 1 Million hergestellt. Die Verunreinigung war vorzugsweise Kupfer, das in Tellur einjl Akzeptor ist. Somit .waren die Ladungsträger vorherrschend Löcher, flie Löcherkonzentration betrugThe tellurium crystal 11 was made from a commercially available crystal made with a nominal impurity level of less than 1 in 1 million. The contamination was preferential Copper, which is an acceptor in tellurium. So the load carriers were predominantly holes, flee hole concentration was
17 bei Raumtemperatur weniger als 1x10 je ecm.17 at room temperature less than 1x10 per ecm.
009813/U60009813 / U60
Es soll insbesondere bemerkt werden, daß für jede Verunreinigungskonzentration die effektive Löcherkonzentration schnell mit der Temperatur abnimmt. Bei niedrigeren Temperaturen kann der Kristall 11 einen viel höheren Verunreinigungsgehalt haben und dennoch eine Löcherkonzentration von weniger alsIt should be particularly noted that for each impurity concentration the effective hole concentration decreases rapidly with temperature. At lower temperatures the crystal 11 can have a much higher impurity content and still have a hole concentration of less than
17
1x10 je ecm ergeben. Der Kristall 11 wurde so geschnitten,
daß er Eintritts- und Austrittsflächen für die Strahlungen senkrecht zu einer Richtung aufweist, die unter einem Winkel von
14 101 zur optischen Achse liegt. Der normale Abstand zwischen
den Eintritts- und Austrittsflächen betrug nach dem Polieren 9 mm. Der Durchmesser des Kristalls 11 in einer Ebene senkrecht
zur Fortpflanzungsrichtung betrug etwa 7 mm.17th
1x10 per ecm result. The crystal 11 was cut so that it has entry and exit surfaces for the radiation perpendicular to a direction which is at an angle of 14 10 1 to the optical axis. The normal distance between the entry and exit surfaces after polishing was 9 mm. The diameter of the crystal 11 in a plane perpendicular to the direction of propagation was about 7 mm.
Der verwendete CO„ Laser 12 hatte zwei konkave Spiegel mit einem Krümmungsradius von 50 m, die einen Abstand von 300 cm hatten. Obwohl solche Reflektoren nicht Konfokal sind und unter normalen Bedingungen eine Fleckgröße zeigen, die wesentlich geringer als das Kopplungsloch von 15 mm Durchmesser ist, ergibt die sehr wirksame Kühlung der Laserröhrenwände eine ausreichende Defokussierung, um die Wellenform auszudehnen und energiereiche koherente Wellenschwingungen aufrecht zu erhalten. Nur ein Bruchteil dieser verfügbaren Energie, nämlich 170 Milliwatt wurden a η den Kristall 11 senkrecht zu seinen Eintritts- und Austrittsflächen angelegt.The CO “laser 12 used had two concave mirrors a radius of curvature of 50 m, which had a distance of 300 cm. Although such reflectors are not confocal and show a spot size under normal conditions which is considerably smaller than the coupling hole of 15 mm diameter, The very effective cooling of the laser tube walls results in sufficient defocusing to expand the waveform and to maintain high-energy coherent shaft vibrations. Only a fraction of this available energy, namely 170 milliwatts were applied to the crystal 11 perpendicular to its entry and exit surfaces.
009813/U60009813 / U60
Wenn der Kristall 11 aus Tellur besteht, kann der CO Laser 12If the crystal 11 consists of tellurium, the CO laser 12
CiCi
selbstverständlich durch eine andere Strahlungsquelle ersetzt werden, die eine koherente Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 4aj der Bandlücke des Tellurliefert. Wenn der Kristall 11 ein Einkristall aus Selen ist, soll die koherente Strahlungswuelle 12 eine koherente Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 0,8u der Bandlücke des Selens liefern.can of course be replaced by another radiation source which emits coherent radiation with a wavelength of supplies more than 4aj of the band gap of tellurium. When the crystal 11 is a single crystal of selenium, the coherent radiation wave is said to be 12 provide coherent radiation with a wavelength greater than 0.8µ of the selenium band gap.
Das 10, 6 ix Bandpaßfilter 14 bestand aus mit einem Dielektrikum überzogenen gepreßten polykristallinem Zinksulfid. Die Dämpfungseinrichtungen 15 und 16 waren 1 mm dicke Periclase (Magnesiumoxid)-Fenster. Der 10, 6 η Polarisator 17 war einThe 10, 6 ix band pass filter 14 consisted of pressed polycrystalline zinc sulfide coated with a dielectric. The attenuators 15 and 16 were 1 mm thick periclase (magnesium oxide) windows. The 10, 6 η polarizer 17 was a
18 Einkristall aus Tellur mit mehr als 1x10 Löchern je ecm bei Raumtemperatur, dessen größere Flächen parallel zur optischen Achse geschnitten waren und der senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Strahlung orientiert war. Der Reflektor 18 war ein sphärisch gekrümmter Spiegel der mit im Vakuum aufgebrachtem * Gold überzogen war, so daß er lichtundurchlässig wurde. Der 5, 3yU Polarisator 19 bestand aus mehreren Silberchloridplatten mit Brewsterwinkel. Die Fokussierungslinse 20 war gepreßtes polykristallines Zinksulfid (IR-2) und hatte eine Brennweite von 52 mm. Das 10, 6 η ^cfjf^^ Sperrfilter war ein 1 mm dickes Saphirfilter, während die 5, 3 « Bandpaßfilter 22 und 23 aus mit einem Dielektrikum überzogenen Germanium bestanden.18 single crystal of tellurium with more than 1x10 holes per ecm at room temperature, the larger surfaces of which were cut parallel to the optical axis and which was oriented perpendicular to the direction of propagation of the radiation. The reflector 18 was a spherically curved mirror which was coated with gold applied in a vacuum, so that it became opaque. The 5.3yU polarizer 19 consisted of several silver chloride plates with Brewster's angle. The focusing lens 20 was pressed polycrystalline zinc sulfide (IR-2) and had a focal length of 52 mm. The 10, 6 η ^ cfjf ^^ blocking filter was a 1 mm thick sapphire filter, while the 5, 3 "bandpass filters 22 and 23 consisted of germanium coated with a dielectric.
009813/U60009813 / U60
Beim Betrieb einer Einrichtung, die im wesentlichen der Einrichtung der Fig. 1 glich, betrug die Fleckgröße der koherenten Strahlung 3, 2 qmm. Es wurden 10 Mikrowatt koherenter Wellenenergie bei 5, 3 ai am Ausgang des letzten 5, 3 η Bandpaßfilters 23 erzielt. Figur 5 zeigt die Änderung der Energie der zweiten Harmonischen (5, 3 ,u) wenn der Einfallswinkel der Pumpstrah-When operating a device which was essentially the same as the device in FIG. 1, the spot size of the coherent radiation was 3.2 mm². 10 microwatts of coherent wave energy at 5.3 ai at the output of the last 5.3 η bandpass filter 23 were achieved. Figure 5 shows the change in the energy of the second harmonic (5, 3, u) when the angle of incidence of the pump jet
lung zur optischen Achse geändert wurde, wobei 0 wie oben festgestellt, 14° 10' betrug.was changed to the optical axis, where 0, as stated above, was 14 ° 10 '.
Der Polarisationskoeffizient d11 zweiter Ordnung wurde zu (1, 27+0, 2) χ 10" ESE (Elektrostatische Einheiten) berechnet, nämlich als das 4000fache des d ß von KaliumdihydrogenphosphatThe second order polarization coefficient d 11 was calculated to be (1.27 + 0.2) χ 10 "ESE (electrostatic units), namely as 4000 times the d ß of potassium dihydrogen phosphate
ODOD
und etwa das 400fache von d . von LiNbO .and about 400 times d. by LiNbO.
Einkristalltellur hat eine sechsfache Symmetrie um die c-Achse. Somit können drei gleichwertige Gruppen von χ und y Kristallachsen definiert werden, wenn die c-Achse als z-Achse angenommen wird. Durch Übereinkunft wird angenommen, daß eine x-Axhse in einer Richtung durch gegenüberliegende seitliche Ecken des Kristalls liegt, wobei die y-Achse eine senkrechte Richtung hat, die zufällig senkrecht zu gegenüberliegenden seitlichen Oberflächen des hexagonalen Kristalls liegt.Single crystal tellurium has sixfold symmetry about the c-axis. Thus there can be three equivalent groups of χ and y crystal axes can be defined if the c-axis is assumed to be the z-axis. It is assumed by agreement that a x-axis lies in one direction through opposite side corners of the crystal, the y-axis being perpendicular Has direction which happens to be perpendicular to opposite side surfaces of the hexagonal crystal.
009813/1460 bad original009813/1460 bad original
Für eine phasenangepaßte Erzeugung zweiter Harmonischer, d.h. daß die Phasengeschwindigkeit der induzierten Strahlung im wesentlichen gleich der Phasengeschwindigkeit der Pumpstrahlung ist, bestehen zwei Möglichkeiten. Die erste, die bei dieser Erfindung benutzt wurde, besteht darin, den Punipstrahl als außerordentliche Welle in der y-z-Ebene mit dem Phasenanpaßwinkel 0 gegen die c-Achse (optische Achse) des Tellurkristalls fortzupflanzen. Das elektrische Feld der Pumpwelle ist vorherrschend in der y-Richtung polarisiert. In diesem Fall ißt die zweite Harmonische eine ordentliche Welle, die entlang der x-Achse polarisiert ist und die mit der Pumpwelle mit einer Stärke gekoppelt ist, die zum Koeffizienten d in Beziehung steht. Die Pumpwelle und die zweite Harmonische, die sich mit dem Winkel 0 fortpflanzen, sind phasenangepaßt.There are two possibilities for a phase-matched generation of second harmonics, that is to say that the phase velocity of the induced radiation is essentially the same as the phase velocity of the pump radiation. The first, which was used in this invention, is to propagate the Punip ray as an extraordinary wave in the yz plane with the phase matching angle 0 against the c-axis (optical axis) of the tellurium crystal. The electric field of the pump wave is predominantly polarized in the y-direction. In this case, the second harmonic eats an ordinary wave which is polarized along the x-axis and which is coupled to the pump wave with a strength related to the coefficient d. The pump wave and the second harmonic propagating at angle 0 are phase matched.
Die andere Möglichkeit für die Erzeugung zweiter Harmonischer erhält man, in dem man die Pumpwelle so fortpflanzt, daß sie vorherrschend in der x-y-Ebene mit wesentlichen χ und y-Polarisationskomponenten polarisiert ist. Die zweite Harmonische ist mit der Pumpwelle mit einer Stärke gekoppelt, die zum Koeffizienten d in Beziehung steht, sie ist a.ls ordentliche Welle in der y-Richtung polarisiert. Der entsprechende Phasenanpaßwinkel 0 beträgt etwa 52 . Somit pflanzen sich die Pumpwelle und die Welle der zweiten Harmonischen unter diesem Winkel zur optischen Achse fort.The other possibility for the generation of second harmonics is obtained by propagating the pump wave in such a way that it predominantly in the x-y-plane with essential χ and y-polarization components is polarized. The second harmonic is coupled to the pump wave with a strength equal to the Coefficient d is related, it is a.as ordinary Wave polarized in the y-direction. The corresponding phase matching angle 0 is approximately 52. Thus, the pump waves plant themselves and the second harmonic wave propagates at that angle to the optical axis.
009813/U60009813 / U60
Es sei insbesondere bemerkt, daß die obigen Ergebnisse für einfache Durchgänge durch den Tellurkristall erzielt wurden und daß die Ausgangsenergie bei der gewünschten Wellenlänge dadurch stark erhöht werden kann, daß ein Resonator vorgesehen wird, der um den Tellurkristall angeordnet wird.In particular, it should be noted that the above results were obtained for single passes through the tellurium crystal and that the output energy at the desired wavelength can be greatly increased by providing a resonator which is placed around the tellurium crystal.
Ein Beispiel für einen parametrischen Oszillator, bei dem der Tellurkristall in einem Resonator aggeordnet wird, zeigt die Ausführung der Figur 2.An example of a parametric oscillator in which the tellurium crystal is arranged in a resonator is shown in FIG Execution of Figure 2.
In Figur 2 ist der Tellurkristall 31 mit sphärisch gekrümmten genau konfokalen Endflächen 32 und 33 versehen, die eine Resonanzachse unter einem WinkeJ zur optischen Achse des Kristalls ergeben. Die genau konfokalen gekrümmten Flächen 32 und 33 sind poliert und dielektridch mit geeigneten dielektrischen Materialien, die im infraroten Gebiet durchlässig sind, überzogen, so daß die dielektrischen Überzüge als Anpaßtransformator für die 10, 6u Strahlung wirken und trotzdem aber eine hohe Reflexion im Bereich vo» etwa 15 u bis etwa 30w ergeben. Der CO -Laser liefert wie bei der Ausführung der Figur 1 eine 10, 6 AJ-Strahlung. Um unerwünschte Frequenzkomponenten der Laserstrahlung zu beseitigen und um eine genaue Einstellung des Pumpenergiepegels zu bewirken, wird der Ausgang des Lasers 12 durch das 10, 6n-Bandpaßfilter 14 und die Dämpfungseinrichtungen 15 und 16 ge-In FIG. 2, the tellurium crystal 31 is provided with spherically curved, precisely confocal end faces 32 and 33, which result in a resonance axis at an angle to the optical axis of the crystal. The precisely confocal curved surfaces 32 and 33 are polished and dielectridch coated with suitable dielectric materials that are permeable in the infrared region, so that the dielectric coatings act as a matching transformer for the 10, 6u radiation and still have a high reflection in the range of give about 15 u to about 30 w. As in the embodiment of FIG. 1, the CO laser delivers 10.6 AJ radiation. In order to eliminate unwanted frequency components of the laser radiation and to effect an exact setting of the pump energy level, the output of the laser 12 is passed through the 10, 6n bandpass filter 14 and the attenuation devices 15 and 16.
009813/U60 Μ, ORIGINAL009813 / U60 Μ, ORIGINAL
-u- . ■ *«■-u-. ■ * «■
leitet, die im Strahlungsweg vor dem Kristall 31 angeordnet sind. Ferner ist ein 10, 6 u Polarisator 17 in den Weg der Laserstrahlung vor dem Kristall 31 eingefügt. Die Laserstrahlung wird dann durch das fokussierende Element 18 über die gekrümmte Endfläche 33 auf den Kristall 31 fokussiert» Die über die andere gekrümmte Endfläche 32 des Kristalls 31 emittierte Strahlung geht durch den 10-3Ou Polarisator 29 und wird durch das fokussierende Element 30 auf das Verbrauchergerät 34 fokussiert. Die nichtverbrauchte 10, 6 u Pumpstrahlungconducts, which are arranged in the radiation path in front of the crystal 31. Furthermore, a 10, 6 u polarizer 17 is in the way of the Laser radiation inserted in front of the crystal 31. The laser radiation is then through the focusing element 18 via the curved end face 33 focused on crystal 31 »the one over the other curved end face 32 of crystal 31 emitted radiation passes through the 10-3Ou polarizer 29 and is focused on the consumer device 34 by the focusing element 30. The unused 10, 6 u pump radiation
ι
wird durch das 10, 6 M Sperrfilter 21 von dem Verbrauchergerätι
is through the 10, 6 M blocking filter 21 from the consumer device
34 ferngehalten.34 kept away.
Die Elemente 14, 15, 16, 17, 18 und 21 sind die gleichen wie sie oben bei der Ausführung der Fig. 1 beschrieben wurden. Der Polarisator 29 ist so orientiert, daß er die vom Kristall 31 emittierte induzierte parametrische Schwingung mit minimaler Dämpfung durchläßt. Im typischen Fall liegt die Polarisation der induzierten Strahlung des Ausgangs des Kristalls 31 senkrecht zur Polarisation der nichtverbrauchten Pumpstrahlung. Der fokussierende Reflektor 30 gleicht im wesentlichen dem fokussierenden Reflektor 18, er fokussiert die parametrische Schwingung auf das Verbrauchergerät 34, Der Filter 21 ist ein mit einem Dielektrikum überzogenes Germaniumfenster, das die 10, 6 u Pumpstrahlung sperrt, jedoch den ungedämpften Durchgang des parametrischen 15-30Ji Schwingungssignals des TellurThe elements 14, 15, 16, 17, 18 and 21 are the same as described above in the embodiment of FIG. Of the Polarizer 29 is oriented so that it emits from the crystal 31 induced parametric oscillation with minimal Attenuation lets through. Typically, the polarization of the induced radiation at the exit of the crystal 31 is perpendicular for polarization of the unused pump radiation. The focusing reflector 30 is essentially the same as this focusing reflector 18, it focuses the parametric Vibration on the consumer device 34, the filter 21 is a Germanium window covered with a dielectric, which blocks the 10, 6 u pump radiation, but the undamped passage of the parametric 15-30Ji vibration signal of the tellurium
erlaubt.permitted.
009813/H60009813 / H60
. Wie bei der Ausführung der Figur 1 kann das Verbraucher ge rät 34 zahlreiche Formen annehmen, doch ist es z. B. ein Gerät zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Kristallen, es braucht' daher hier nicht eingehender geschildert zu werden. Z.B. kann die parametrische Strahlung im 10-30 a-Bereich Ramanspektren in einem piezoelektrischen Kristall induzieren^ der im Gerät 34 angeordnet ist. . As with the embodiment of Figure 1, the consumer device 34 can take many forms, but it is e.g. B. a device for determining the optical properties of crystals, it therefore does not need to be described in detail here. For example, the parametric radiation in the 10-30 a range can induce Raman spectra in a piezoelectric crystal which is arranged in the device 34.
Im Betrieb geht die 10, 6 η Pumpstrahlung, soweit sie nicht beim ersten Durchgang durch den Kristall 31 verbraucht ist, wiederholt durch den Kristall hindurch, bis ein großer Teil der Pumpstrahlung verbraucht ist. Das Ergebnis ist dementsprechend eine hohem Umwandlung der Pumpstrahlung in induzierte Strahlung. Ferner,macht es das Vorhandensein eines Resonators möglich, daß die induzierten Strahlungen andere als die Strahlung der zweiten Harmonischen ist, insofern als andere Strahlungen nunmehr über den Schwingungsgrenzwert angehoben werden können, während die zweite Harmonische durch die nichtvorhandene Phasenanpassung unterdrückt wird. Es werden zwei Strahlungen induziert, die Signalwelle und Nebenwelle, genannt werden. Die induzierten Strahlungen haben Wellenlängen, die in erster Linie von dem Winkel zwischen der Pumpstrahlung und der optischen Achse abhängen, da für die Pumpstrahlung . . und die induzierte Strahlung die Phasenanpaßbedingungen erfülltIn operation, the 10, 6 η pump radiation, insofar as it is not used up during the first passage through the crystal 31, repeatedly passes through the crystal until a large part of the pump radiation is used up. The result is accordingly a high conversion of the pump radiation into induced radiation. Furthermore, the presence of a resonator makes it possible for the induced radiations to be other than the radiation of the second harmonic insofar as other radiations can now be raised above the oscillation limit value, while the second harmonic is suppressed by the absence of phase matching. Two types of radiation are induced, called the signal wave and the secondary wave. The induced radiations have wavelengths which primarily depend on the angle between the pump radiation and the optical axis, as this is the case for the pump radiation. . and the induced radiation satisfies the phase matching conditions
0Q9813/H600Q9813 / H60
sein mü ssen. Das heißt, die Phasengeschwindigkeit jeder induzierten Strahlung ist gleich der Phasengeschwindigkeit der Pumpstrahlung. Von der Signalwelle und der Nebenwelle ist eine oder sind beide außerordentlich. Die Pumpstrahlung ist eine ordentliche Welle.must be. That is, the phase velocity of each induced radiation is equal to the phase velocity of the pump radiation. From the signal wave and the auxiliary wave is one or both are extraordinary. The pump radiation is a decent wave.
sindare
Ungleich der zweiten Harmonischen ^s7I/die Signal- und Nebenfrequenzen beide kleiner als die zweite Harmonische.Not equal to the second harmonic ^ s 7 I / the signal and secondary frequencies are both smaller than the second harmonic.
Die Signal- und Nebenfrequenzen können in einem weiten Bereich von den entarteten Werten an allein dadurch geeändert werden, daß der Kristall 31 gedreht wird, um den Winkel zwischen der Fortpflanzungsrichtung und der c-Achse zu ändern. Dieser Winkel ist der Phasenanpaßwinkel 0 für die neue Frequenzgruppe, die erzeugt wird. Im allgemeinen liegen die nützlichen induzierten Strahlungen, die man vom Tellurkristall 21 erhält, im Bereich von 10 - 30 Ji, während der Fo rtpflanzungs winkel zur optischen Achse in einem der beiden Bereiche 0-12 und 16° - 90° Hegt.The signal and secondary frequencies can be changed in a wide range from the degenerate values on only by that the crystal 31 is rotated to change the angle between the direction of propagation and the c-axis. This Angle is the phase adjustment angle 0 for the new frequency group that is being created. In general, the useful ones lie induced radiations obtained from tellurium crystal 21 in the range of 10-30 Ji, during the propagation angle to the optical axis in one of the two ranges 0-12 and 16 ° - 90 ° Hegt.
Als Erweiterung des PrinziQs der obigen Ausführungen ist es { ferner möglich, Tellur als das nichtlineare optische Mittel in einem parametrischen Verstärker mit oder ohne Rückkopplung zu verwenden. Ein Verstärket dieser Art ohne Rückkopplung ist in Figur 3 dargestellt.As an extension of the foregoing, it is PrinziQs {also possible to use tellurium as the nonlinear optical medium in a parametric amplifier with or without feedback. An amplifier of this type without feedback is shown in FIG.
00981 3/ 1 4SO00981 3/1 4SO
vsvs.
££ II.
paßfilter 14 die Dämpfungseinrichtungen 15 und 16 den 10, 6 ix~ Polarisator 17 gleitet und durch das konkave Fo ku ssier element 18 auf den Kristall 41 fokussiert wird. Zusätzlich geht die polarisierte Strahlung durch das teilweise durchlässige und teilweise reflektierende Element 44, das z.B. eine Kaliumchlorid (KCl) Platte mit teilweise durchlässigen dielektrischen Überzügen sein kann. Das Element 44 ist so angeordnet, daß die Polarisation der 10, 6 u Pumpstrahlung schief zu seiner Oberfläche liegt und mit geringen Reflexionsverlusten gut durchlässig ist.pass filter 14, the damping devices 15 and 16 slides the 10, 6 ix polarizer 17 and is focused on the crystal 41 by the concave focusing element 18. In addition, the polarized radiation passes through the partially transmissive and partially reflective element 44, which can be, for example, a potassium chloride (KCl) plate with partially transmissive dielectric coatings. The element 44 is arranged so that the polarization of the 10, 6 u pump radiation is oblique to its surface and is well transmissive with low reflection losses.
Ebenso fällt schief auf das Element 44 von dessen entgegengesetzter Seite parallel polarisiert zur Oberfläche des Elements 44, so daß sie leicht von ihr reflektiert wird, eine Signalstrahlung der Quelle 45 mit einer Wellenlänge von 13,7 u ein. Die reflektierte Signalstrahlung pflanzt sich in einer Linie mit der Pumpstrahlung fort.Likewise, the element 44 falls obliquely from its opposite side, polarized parallel to the surface of the element 44, so that it is easily reflected by it, a signal radiation from the source 45 with a wavelength of 13.7 u. the reflected signal radiation propagates in line with the pump radiation.
Der Tellurkristall 41 ist so orientiert, daß er die 10, 8 u Pumpstrahlung vom Fokuseierelement 18 unter einem Winkel zu seiner optischen Achse erhält, der eine phasenangepaßte Fortpflanzung der 10, 6 a und 13,7 ix Strahlung und der Nebenstrahlung zwischen den Eintritts- und Austrittsflächen ergibt. Die Eintritts- und Austrittsflächen des Kristall 41 sind so ge-The tellurium crystal 41 is oriented in such a way that it receives the 10, 8 u pump radiation from the focussing element 18 at an angle to its optical axis, which enables a phase-matched propagation of the 10, 6 a and 13.7 ix radiation and the secondary radiation between the entrance and the Exit surfaces results. The entry and exit surfaces of the crystal 41 are
009813/H60 ·>009813 / H60 ·>
COPY )COPY)
15830881583088
schnitten, daß sie senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Eingangsstrahlungen liegen. Diese Eintritts- und Austrittsflächen sind mit Antire£Lexmaterial überzogen, z. B9 mit Selen, Cadmiumsulfid oder anderen geeigneten Dielektrika. Von der Eintrittsfläche des Kristalls 41 gehen dann die verstärkte Signalstrahlung, die erzeugte Nebenstrahlung und die unverbrauchte Pumpstrahlung durch die Fokussierlinse 20 zum 10, 6u Sperrfilter 21. Von da geht die Signalstrahlung durch die 13, 7 u Bandpaßfilter 42 und 43 und fällt auf den Empfänger 48, wo sie demoduliert wird. Die Bandpaßfilter 42und 43 sind mit Dielektrikum überzogene gepreßte polykristalline Camidmiumselenide.cut so that they are perpendicular to the direction of propagation of the input radiation. These entry and exit surfaces are covered with anti-reflective material, e.g. B 9 with selenium, cadmium sulfide or other suitable dielectrics. From the entrance surface of the crystal 41, the amplified signal radiation, the generated secondary radiation and the unused pump radiation go through the focusing lens 20 to the 10, 6u blocking filter 21. From there, the signal radiation goes through the 13, 7u bandpass filters 42 and 43 and falls on the receiver 48 where it is demodulated. The band pass filters 42 and 43 are dielectric coated pressed polycrystalline camidmium selenides.
Die Signalquelle 45 ist z.B. aus einem Helium-Neon-Laser, der bei 13, 7 η arbeitet und aus einem Amplitudenmodulator, der auf ein Basisband-Informationssignal anspricht. Der Helium-Neon-Laser ist in einem Aufsatz " Collision Processes Leading to Optical Masers in Gases" von C. K. N. Patel in dem Buch Atomic Collieion Processes, herausgegeben von M. R.C» McDowell, North Holland Publishing Company (1964) beschrieben. Der Empfänger 46 besteht z.B. aus einem Fotoleiter, der * auf infrarote Strahlung anspricht und aus geeigneten Basisbandverstärkern. The signal source 45 is, for example, a helium-neon laser that operates at 13, 7 η and an amplitude modulator that responds to a baseband information signal. The helium-neon laser is described in an article "Collision Processes Leading to Optical Masers in Gases" by CKN Patel in the book Atomic Collieion Processes, edited by MRC »McDowell, North Holland Publishing Company (1964). The receiver 46 consists, for example, of a photoconductor which * responds to infrared radiation and of suitable baseband amplifiers.
Andere Teile der Figur 3 sind die gleichen wie die Teile in Fig. und 2, soweit sie mit denselben Zahlen bezeichnet sind.Other parts of Fig. 3 are the same as the parts in Fig. and 2, insofar as they are identified by the same numbers.
009813/U60009813 / U60
vTvT
Beim Betrieb der Ausführung der Figur 3 erhält man eine phasenangepaßte Verstärkung so lang der Winkel zwischen der gemeinsamen Fo rtpflanzungs richtung und ded optischen Achse deB Tellurkristalls 41 der Winkel ist, der die Phasengeschwindigkeiten für die Signalwelle, die Nebenwelle und die Pümpwelle gleich macht» Unter diesen Bedingungen wird Energie von der verhältnismäßig energiereichen Pumpwelle zur verhältnismäßig schwachen Signalwelle über die nichtlineare Polarisationswelle im Kristall 41 übertragen.When operating the embodiment of FIG. 3, one obtains a phase-matched gain as long as the angle between the common direction of propagation and the optical axis deB tellurium crystal 41 is the angle that the phase velocities for the signal wave, the auxiliary wave and the pump wave equal makes »Under these conditions, energy changes from a relatively high-energy pump wave to a relative one transmitted weak signal wave via the non-linear polarization wave in the crystal 41.
Wenn die Frequenzquelle 45 verändert wird, soll auch der Winkel zwischen der gemeinsamen Fo rtpflanzungs richtung und der optischen Achse des Kristalls 41 geändert werden, um den Phasenanpaßzustand beizubehalten, wie es oben für den parametrischen Oszillator der Figur 2 beschrieben wurde.If the frequency source 45 is changed, so should the Angle between the common Fo rtpflanzungs direction and the optical axis of the crystal 41 can be changed to the Maintain phase match condition as described above for the parametric oscillator of FIG.
Andererseits kann man die Ausführung der Figur 3 so abändern, daß man die Summen- oder Differenzstrahlung, die im nichtlinearen Material erzeugt wird, erhält. Die Summen- oder On the other hand, the design of Figure 3 can be modified so that that the sum or difference radiation generated in the nonlinear material is obtained. The sum or
Pumpeignal Differenzfrequenzstrahlung wird aus einem starken -und einem schwachen ,. festzustellenden Signal erzeugt. Wieder wird Phasenanpassung vorgesehen. Der Vorteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß man z.3. eine Pumpe bei 5 a verwenden kann und ein schwaches 25 ii Signal feststellen kann, in ' dem man stattdessen die Differenzfrequenz oder Nebenatrahlung Pump signal differential frequency radiation is made up of a strong and a weak,. generated signal to be detected. Again, phase matching is provided. The advantage of such a method is that z.3. can use a pump in 5 a and a weak signal 25 ii can determine, in 'which one instead the difference frequency or Nebenatrahlung
00*813/140000 * 813/1400
• ,· COPY•, · COPY
ι«ι «
bei 6, 25 η feststellt. Die verstärkte Nebenenergie ist der verstärkten Signalenergie proportional. Die Feststellung der 6, 25 α Nebenwelle ist beträchtlich leichter als die Feststellung des verstärkten Signals bei 25 ii, weil gute fotoleitende Detektoren bei 6, 25 η verfügbar sind.found at 6, 25 η . The amplified secondary energy is proportional to the amplified signal energy. The detection of the 6, 25 α spurious is considerably easier than the detection of the amplified signal at 25 ii because good photoconductive detectors are available at 6, 25 η .
Ferner kann man die Ausführung der Figur 3 so abändern, daß man die Summenfrequenzstrahlung bei 4,16 η feststellt, in welchem Fall keine Verstärkung des Signals vorhanden ist und sowohl die Pumpwelle als auch die Signalwelle zur Erzeugung der 4,16 u Strahlung ν erwendet werden. Die 4,16 η Strahlung ist durch herkömmmliche Verfahren leichter als das 25 » Signal festzustellen.Furthermore, the embodiment of FIG. 3 can be modified so that the sum frequency radiation is determined at 4.16 η, in which case there is no amplification of the signal and both the pump wave and the signal wave are used to generate the 4.16 u radiation ν . The 4.16 η radiation is easier to determine than the 25 »signal using conventional methods.
Mit Selen als nichtlinearem Material kann eine Pumpwelle bei iu und ein Signal fcei 13^ 7 u verwendet werden, um eine Nebenwelle bei 1, 07 ix hervorzubringen« Diese Nebenwelle kann durch einen Fotovervielfacher festgestellt werden, der ein Frequenzverhalten und ein Signal-zu-Rauschverhältnis hat, die demjenigen eines fotoleitenden Detektors bei 13, 7 11 überlegen sind. Das selbe Argument gilt, wenn die Summenfrequenzstrahlung erzeugt wiri.With selenium as the non-linear material, a pump wave at iu and a signal fc e i 13 ^ 7 u can be used to produce a spurious wave at 1.07 ix -Has a noise ratio superior to that of a photoconductive detector at 13,711. The same argument applies if the sum frequency radiation is generated.
Bei breitbandigen parametrischea Einrichtungen ist es außerordentljch wünschenswert, Nebenresonanzen im nichtlinearen Material jdein zu halten. Zu diesem Zweck ist es bei allen vorangegangenen Einrichtungen wünschenswert, Tellur oder QQ9813/U6Q In broadband parametric devices it is extremely desirable to keep spurious resonances in the nonlinear material. For this purpose it is desirable to use Tellurium or QQ9813 / U6Q in all of the foregoing facilities
Selen zu verwenden, in dem die freie Ladungskonzentration nichtTo use selenium in which the free charge concentration is not
17
wesentlich größer als 1.10 Träger je Kubikzentimeter ist.17th
is significantly larger than 1.10 beams per cubic centimeter.
Es ist nicht notwendig in einem System wie dem in Fig. 3 dargestellten, Fotoleiter als Detektoren zu verwenden. Die außerordentlich großen Polarisationskoeffizienten zweiter Ordnung von Tellur und Selen haben die Größenordnung, welche Einkristalle dieser Materialien als quadratische Detektoren für Amplitudenmodulation brauchbar macht, die von infraroten Strahlungen geleistet werden.It is not necessary in a system like that shown in Fig. 3, To use photoconductors as detectors. The extraordinarily large second order polarization coefficients of tellurium and selenium are of the order of magnitude that single crystals of these materials act as square detectors for Makes amplitude modulation useful, which are performed by infrared radiation.
In Fig· 4, welche eine Modulatorschaltung zeigt, sind der CO_-Laeer 112, der 10,6 a Polarisator 113, deer Tellur- oder Selenmodulator 114 und der 1O4 6» Polarisator 115 in dieser Reihenfolgen geschaltet· Die Polarisationsachse des Polarisators 115 ist mit der Achse des Polarisators 113 gekreuzt, wobei der Modulator 114 mit einer Quelle 116 für ein moduliertes hochfrequentes Signal gekoppelt ist, das die Modulation darstellt, die der 10, 8 Ii Strahlung aufgedrückt werden soll.In FIG. 4, which shows a modulator circuit, the CO_-Laeer 112, the 10.6 a polarizer 113, the tellurium or selenium modulator 114 and the 1O 4 6 "polarizer 115 are connected in this order crossed with the axis of the polarizer 113, the modulator 114 being coupled to a source 116 of a modulated high frequency signal representing the modulation that is to be imposed on the 10, 8 Ii radiation.
Die 10, 6yu Polarisatoren 113 und 115 sind z.B. Einkristalle aus Tellur, deren gröüe Flfichen so geschnitten sind, daß sie parallel zu ihren optischen Achsen liegen und die Löcherkonzentrationen (positive freie Ladungsträger) haben, die größerFor example, the 10, 6yu polarizers 113 and 115 are single crystals made of tellurium, the large areas of which are cut in such a way that they lie parallel to their optical axes and the hole concentrations (positive free charge carriers) are greater
18
als 1.10 Löcher je Kubikzentimeter sind. Die größeren
Flächen sind so orientiert, daß sie senkrecht zur Fortpflanzungs- *
richtung der 10, 6u Strahlung liegen.18th
than 1.10 holes per cubic centimeter. The larger surfaces are oriented so that they are perpendicular to the direction of propagation of the 10.6u radiation.
00981 3/146000981 3/1460
Der Modulator 114 besteht z.B. aus einem Einkristall 117 aus Tellur, dessen optische Achse im wesentlichen parallel zur Fortpflanzungsrichtung der Strahlung und zu den Elektroden 118 und 119 liegt, welche in Ebenen liegen, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse sind. Der Kristall 117 ist so orientiert, daß die Richtung der optischen Achse, die durch das elektrisehe Modulationsfeld induziert wird, das durch die Elektroden 118 und 119 entsteht, unter einem Winkel von 45 zu den Richtungen der Polarisationsachsen der Polarisatoren 113 und 115 liegt. Die induzierte optische Achse liegt auf einer Kristallhauptachse (x oder y). Der Tellurkristall 117 wird durch bekannte ^^rfahren so bearbeitet, daß er so eigenleitend wie möglich ist, insbesondere daß er eine Löcherkonzentration (positiveThe modulator 114 consists of a single crystal 117, for example made of tellurium, the optical axis of which is essentially parallel to the direction of propagation of the radiation and to the electrodes 118 and 119, which lie in planes that are essentially are parallel to the optical axis. The crystal 117 is oriented so that the direction of the optical axis induced by the electrical modulation field generated by the electrodes 118 and 119 arises, at an angle of 45 to the directions the polarization axes of the polarizers 113 and 115 lies. The induced optical axis lies on a main crystal axis (x or y). The tellurium crystal 117 is processed by known processes so that it is as intrinsic as possible is, in particular that it has a hole concentration (positive
1717th
freie Ladungsträger) hat, die kleiner als 1.10 je Kubikzentimeter bei der Betriebstemperatur ist. Dies dient dazu, die uner- " wünschte Resonanzabsorption klein zu halten. Die Löcherkonzentration ist typischerweise das Ergebnis entweder von Kupferspuren oder von Gitterdefekten. Bekanntlich kann die effektive Löcherkonzentration durch Verringerung der Temperatur vermindert t werden. Der Kristall 117 hat z.B. eine Länge von etwa einem Zentimeter, sein Durchmesser senkrecht zur Fo rtpflanzungs richtung beträgt z.B. 1 cm. Die Elektroden 118 und 119 bestehen z. B. aus im Vakuum aufgebrachtem Gold.free charge carriers) that is less than 1.10 per cubic centimeter at the operating temperature. This serves to keep the unwanted "desired resonance absorption small. The hole concentration is typically the result of either copper traces or by lattice defects. As is known, the effective hole concentration can be t by reducing the temperature reduced. The crystal 117, for example, has a length of about one Centimeters, its diameter perpendicular to the direction of propagation is, for example, 1 cm.The electrodes 118 and 119 consist, for example, of gold applied in a vacuum.
009813/U60 -OÖPvTi009813 / U60 -OÖPvTi
Die Quelle 116 kann z.B. ein Mikrophon enthalten, über das ein Sprachsignal angeliefert wird, ferner eine herkömmliche Hochfrequenzenergiequelle und einen herkömmlichen hochfrequenten Modulator, der so eingerichtet ist, daß er die hochfre-The source 116 may include, for example, a microphone through which a speech signal is delivered, as well as a conventional one High frequency energy source and a conventional high frequency modulator which is set up to control the high frequency
j quente Energie mit dem Sprachsignal amplitudenmoduliert. j quente energy amplitude-modulated with the speech signal.
Im Betrieb erzeugt der Laser 112 eine koherente Strahlung bei 10, 6 Ji1 der Polarisator 113 polarisiert diese Strahlung soweit sie nicht bereits durch den Laser 112 polarisiert ist, derart, daß ihr elektrischer Feldstärke vektor parallel zu einer sogenannten kristallinen y-Achse des Kristalls 117 liegt. Schließlich ändert der Modulator 114 die relative Fortpflanzungsgeschwindigkeit von 45 Polarisationskomponenten der Strahlung derart, daß im allgemeinen eine elliptische Polarisation mit veränderlicher Elliptizität an der Austrittsfläche des Kristalls 117 erzeugt wird. Durch den gekreuzten Polarisator 115 geht dann ein Teil dieser Strahlung mit veränderlicher Amplitude.During operation, the laser 112 generates coherent radiation at 10.6 Ji 1 and the polarizer 113 polarizes this radiation, unless it is already polarized by the laser 112, in such a way that its electric field strength is vector parallel to a so-called crystalline y-axis of the crystal 117 lies. Finally, the modulator 114 changes the relative propagation speed of 45 polarization components of the radiation in such a way that, in general, an elliptical polarization with variable ellipticity is generated at the exit surface of the crystal 117. A portion of this radiation with variable amplitude then passes through the crossed polarizer 115.
Insbesondere wird im Kristall 117 das elektrische Modulationsfeld entlang einer sogenannten kristallinen x-Achse angelegt und induziert eine optische Achse senkrecht zur Fortpflanzungs richtung der 10, 6 ju- Strahlung und unter einem Winkel von 45 zu den x- und y-Achsen. Die Komponente der Strahlung mit einer Polarisation parallel zu dieser induzierten optischen A'chse pflanzt sich mit einer Geschwindigkeit fort, die ver- In particular, the electrical modulation field is applied in the crystal 117 along a so-called crystalline x- axis and induces an optical axis perpendicular to the direction of propagation of the 10, 6 ju radiation and at an angle of 45 to the x and y axes. The component of the radiation with a polarization parallel to this induced optical axis propagates at a speed that
009813/1480 Copy 009813/1480 Copy
15890881589088
schieden von der Geschwindigkeit der Strahlungskomponente ist, die eine hierzu senkrechte Polarisation aufweist. Die Differenz der Fortpflanzungsgeschwindigkeiten stweht in direkter Beziehung zur Stärke des elektrischen Modulationsfeldes. Die Modulation kann auch vom Standpunkt der relativen Phasenverschiebung der Wellen betrachtet werden, welche die beiden Komponenten bilden. Diese relative Phasenverschiebung wird gewöhnlich relative Phasenverzögerung genannt. Wenn die. relative Phasenverzögerung 180 wird, wird die entstehende Polarisation der Strahlung, die durch den Kristall 117 geht, um 90 gedreht und geht leicht durch den Polarisator 115. Bei einem Strahl mit geringerer Amplitude geht ein kleinerer Teil der Strahlung durch den Polarisator 115. So erhält man am Ausgang des Polarisators 115 ein amplitudenmoduliertes Signal, das die Modulation darstellt, die das Signal der Quelle 116 führt.is different from the speed of the radiation component, which has a polarization perpendicular to it. the The difference in propagation speeds is directly related to the strength of the electrical modulation field. the Modulation can also be viewed from the standpoint of the relative phase shift of the waves that the two Form components. This relative phase shift is commonly called a relative phase lag. if the. relative phase delay becomes 180, the resulting Polarization of the radiation that passes through the crystal 117 is rotated 90 and easily passes through the polarizer 115. At a beam with a lower amplitude, a smaller part of the radiation passes through the polarizer 115 Output of the polarizer 115 is an amplitude modulated Signal representing the modulation carried by the source 116 signal.
Es ist interessant zu bemerken, daß, obwohl die Elektroden 118 und 119 seitlich angeordnet sind, die Kristallstruktur von Tellur derart ist, daß der lineare elektro-optische (Fockels) Effekt verwendet wird» I It is interesting to note that although the electrodes are arranged on the side 118 and 119, the crystal structure of tellurium is such that the linear electro-optic (Fockels) effect is used »I
Es kann ein Modulationsindex von 100% (180 relative Phaeenverzögerung) mit einer Spannung von etwa 100 V, angelegt zwischen den Elektroden 118 und 119 bei einem Tellurkristall erhaltenA modulation index of 100% (180 relative phase delay) with a voltage of about 100 V applied between the electrodes 118 and 119 in the case of a tellurium crystal
009113/148 0009113/148 0
werden, während derselbe Index 7000 V erfordert, die an einem Kristall von Kaliumdihydrogenphosphat angelegt werden oder etwa 5000 V1 die an einen Kristall von Lithiummetaniobat angelegt werden, der einen Zentimeter lang und drei Millimeter dick in der elektrischen Feldrichtung ist, wenn man den Gebrauch einer T rager strahlung mit einer für diese Einrichtung optimalen Wellenlänge annimmt.while the same index requires 7000 V applied to a crystal of potassium dihydrogen phosphate or about 5000 V 1 applied to a crystal of lithium metaniobate that is one centimeter long and three millimeters thick in the electric field direction when using one T rager radiation with an optimal wavelength for this facility assumes.
Wenn der Tellurkristall 117 durch einen Einkristall aus Selen von vergleichbarer Größe und Reinheit und mit gleich angeordneten Elektroden ersetzt, kann man einen Modulationsindex von 100% (180° relative Phasenverzögerung) vender 10, δ ai-Strahlung mit einer Spannung von etwa 800 V angelegt zwischen den Elektroden, erhalten.If the tellurium crystal 117 by a single crystal of selenium of comparable size and purity and with the same Replacing electrodes, one can use a modulation index of 100% (180 ° relative phase delay) vender 10, δ ai radiation with a voltage of about 800 V applied between the electrodes.
Ferner haben im Vergleich zu bisherigen Modulatoren erfindungsgemäße Modulatoren mit Verwendung von Tellur und Selen den besonderen Vorteil, daß sie für eine T rager strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich des atmosphärischen Fensters von 8 ii - 14 χι verhältnismäßig durchlässig sind. Selen ist auch in den Fenstern mkt kürzerer Wellenlänge, z.B. in dem 3, 5ai Fenster, durchlässig·Furthermore, compared to previous modulators according to the invention Modulators with the use of tellurium and selenium have the particular advantage that they are suitable for a T rager radiation with a Wavelength in the range of the atmospheric window of 8 ii - 14 χι are relatively transparent. Selenium is also in the windows mkt shorter wavelength, e.g. in the 3, 5ai Window, permeable
Ein gemischter Einkristall aus Tellur und Selen kann durch bekannte Verfahren hergestellt werden, er wird im allgemeinen Eigenschaften haben, die zwischen den Eigenschaften der ElementeA mixed single crystal of tellurium and selenium can be known through Process will be made, he will in general Have properties that are between the properties of the elements
009813/1460009813/1460
COPYCOPY
liegen (d. h. Bandlücke und Polarisationskoeffizient zweiter Ordnung)» Durch einen derartigen gemischten Kristall können sich optimale Eigenschaften zum Betrieb im 3, 5 ii-Fenster ergeben.(i.e. band gap and second order polarization coefficient) »Through such a mixed crystal, optimal properties for operation in the 3, 5 ii window result.
Nahezu sämtliche Modulationseffekte von denen bekannt ist, daß sie in großen optischen^·Kristallen verwendbar sind, können benutzt werden, um eine Modulation von infraroter Strahlung im Tellur oder Selen hervorzubringen. Eine Zusammenfassung dieser Effekte finden sich im Kapitel 29 von Jenkins und White, "Fundamental of Optics", 3, Ausgabe, McGraw-HiU (1957); sie umfassen den Zeeman-Effekt und den umgekehrten Zeeman-Effekt, die magnetooptischen Voight-, Cotton-Mouton, Faraday und Kerr-Effekte, den Starkeffekt und den umgekehrten Starkeffekt, die eleltro-optische Doppelbrechung, den elektro-optischen Pockelseffekt und den elektro-optischen Kerreffekt.Almost all modulation effects known to be useful in large optical crystals can be used to produce a modulation of infrared radiation in tellurium or selenium. A summary these effects can be found in Chapter 29 of Jenkins and White, "Fundamental of Optics", 3rd edition, McGraw-HiU (1957); she include the Zeeman effect and the reverse Zeeman effect, the magneto-optic Voight, Cotton-Mouton, Faraday and Kerr effects, the strong effect and the reverse strong effect, the electro-optical birefringence, the electro-optical Pockel effect and the electro-optical Kerre effect.
Eine Ausführung der Erfindung unter Verwendung des Faradayeffekts ist in Figur 6 dargestellt» Dort sind der CO -Laser 112, der 10, 6 u-Polarisator 113, der Tellurmodulator 124 und der 10, 6 ix- Polarisator 115 in dieser Reihenfolge hintereinandergeschaltet. Die Polarisationsachse des Polarisators 115 ist mit der Achse des Polarisators 113 gekreuzt. Der Modulator 124 ist mit einer Quelle 116 für ein moduliertes hochfrequentes Signal gekoppelt, welches die Modulation ist, die der 10, 6 a-Strahlung aufgedrückt werden soll.An embodiment of the invention using the Faraday effect is shown in FIG. 6. There the CO laser 112, the 10, 6 u polarizer 113, the tellurium modulator 124 and the 10, 6 ix polarizer 115 are connected in series in this order. The polarization axis of the polarizer 115 is crossed with the axis of the polarizer 113. The modulator 124 is coupled to a source 116 for a modulated high frequency signal, which is the modulation that is to be impressed on the 10, 6 a radiation.
009813/U60009813 / U60
»β»Β
Die Einrichtungen 112, 113, 115 und 116 sind die gleichen wie sie oben für die Ausführung der Fig. 1 beschrieben wurden.The devices 112, 113, 115 and 116 are the same as described above for the embodiment of FIG.
Der Modulator 124 besteht z.B. aus einem Einkristall 127 aus Tellur, dessen optische Achse im wesentlichen parallel zur Fortpflanzungsrichtung der vom Laser 112 gelieferten Strahlung liegt. Die Spule 128, welche das magnetische Modulationsfeld hervorbringt, hat eine Achse, die im wesentlichen parallel zur optischen. Achse de«; Kristalls 127 liegt. Die Orientierung der kristallinen Achsen des Kristalls 127 ist mit Ausnahme der optischen Achse nicht kritisch.The modulator 124 consists, for example, of a single crystal 127 of tellurium, the optical axis of which is essentially parallel to the Direction of propagation of the radiation supplied by the laser 112 lies. The coil 128, which the magnetic modulation field has an axis that is substantially parallel to the optical. Axis de «; Crystal 127 lies. The orientation of the the crystalline axis of the crystal 127 is not critical except for the optical axis.
Bei dieser Anwendung wird der Tellur kr istall 127 durch in der Halbleitertechnik bekannte Verfahren entweder durch Dotieren mit Kupfer oder durch Einführen von Gitterfehlstellen so behandelt, daß er bei der Betriebstemperatur eine Löcherkonzen-In this application, the Tellurium crystal 127 passes through the Methods known to semiconductor technology either by doping with copper or by introducing lattice defects are treated in such a way that at the operating temperature there is a hole concentration
18 1918 19
tration im Bereich zwischen 1.10 je ecm und ^*Μψηαλ l. iotration in the range between 1.10 per ecm and ^ * Μψηαλ l. ok
18 Löcher je ecm, vorzugsweise etwa 1, 5.10 Löcher je ecm aufweist. Für die letztgenannte Konzentration hat der Kristall 127 z.B. eine Länge von etwa 1 cm, sein Durchmesser, senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung beträgt z»B. etwa 1 cm.18 holes per ecm, preferably about 1.5.10 holes per ecm having. For the latter concentration, for example, the crystal 127 is about 1 cm long, its diameter being perpendicular to the direction of propagation z »B. about 1 cm.
Die Spule 128 ist z.B. eine Induktionsspule die so gewickelt ist, daß sie einen fortlaufenden Zylinder bildet, der sich ausreichend weit über jedes Endd des Kristalls 127 erstreckt, um im Kristall ein gleichmäßiges Feld zu erzeugen·The coil 128 is e.g. an induction coil which is wound in such a way that that it forms a continuous cylinder which extends sufficiently far over each end d of the crystal 127 to be in the crystal to create a uniform field
009813/1460009813/1460
COPYCOPY
Im Betrieb erzeugt der Laser 112 eine koherente Strahlung bei 10, 6 a, der Polarisator 113 polarisiert diese Strahlung soweit sie nicht bereits durch den Laser 112 derart polarisiert ist, ferner dreht der Modulator 124 die Polarisationsrichtung der 10, Su Strahlung um einen Betrag, der in direkter Beziehung zur Stärke des angelegten magnetischen Feldes steht und zwar als Folge des Faradaygesetz, während die Polarisation linear bleibt. Der gekreuzte Polarisator 115 läßt dann einen Teil diegec Strahlung mit veränderliche Amplitude durch.In operation, the laser 112 generates coherent radiation at 10, 6 a, the polarizer 113 polarizes this radiation to the extent that it has not already been polarized in this way by the laser 112 furthermore, the modulator 124 rotates the polarization direction of the 10, Su radiation by an amount which is in direct relation is related to the strength of the applied magnetic field as a result of Faraday's law, while the polarization is linear remain. The crossed polarizer 115 then transmits a portion of the variable amplitude radiation.
■I■ I QQ
Ein Modulationsindex von 100% (90 Drehung der Polarisation) kann man mit einer magnetischen Feldstärke von etwa 1000 Gauß erhalten, während der gleiche Index typischerweise ein Feld vonA modulation index of 100% (90 rotation of polarization) can be obtained with a magnetic field strength of about 1000 Gauss, while the same index typically has a field of
IQ Kilo gauß in Indiumantimonid (InSb) und Chromtribromid erfordert. Andere Materialien, die bisher als erfolgversprechend für eine derartige Verwendung angesehen wurden.Requires IQ kilograms of gauss in indium antimonide (InSb) and chromium tribromide. Other materials that have heretofore shown promise for such use.
Wenn auch Demodulator en oder Detektoren der bisherigenEven if demodulators or detectors of the previous ones
Art verwendet werden können, um die , wie bei den Ausführungen der Figuren 4 und 6 erzeugte Modulation zu demodulieren,Kind can be used around the, as with the designs demodulate the modulation generated in FIGS. 4 and 6,
so haben dqch Tellur und Selen so große Polarisationskoeffizienten zwfiter Ordnung, daß es z.B. vom Standpunkt der Herabsetzung des Gleic&richterrauschens vorteilhaft ist, Einkristalle dieser Materialien ale quadratische Detektoren für die modulierte IQ, 8 u Strahlung ζμ verwenden.so tellurium and selenium have such large polarization coefficients second order, that it is advantageous, e.g. from the standpoint of reducing the equilibrium noise, Use single crystals of these materials as square detectors for the modulated IQ, 8 u radiation ζμ.
< OQS813/1480<OQS813 / 1480
, -Th- , -Th- **
Ein derartiger Detektor ist in Fig. 7 dargestellt, wo er in einem Empfänger 141 verwendet wird, der von einem Sender 140 durch ein Übertragungsmedium wie die Atmosphäre getrennt ist. Der^Sender 140 enthält z.B. die Einrichtungen 112, 112, 114 und 115, die im Zusammenhang mit der Ausführung der Fig. 4 beschrieben wurden.Such a detector is shown in Fig. 7, where it is shown in a receiver 141 is used which is separated from a transmitter 140 by a transmission medium such as the atmosphere is. The transmitter 140 includes, for example, devices 112, 112, 114 and 115 related to execution of Fig. 4 have been described.
Der Empfänger 141 enthält den Einkristall 147 aus Tellur, dessen optische Achse unter einem sehr kleinen Winkel θ zu der Fortpflanzungsrichtung der Strahlung orientiert ist, wobei seine Elektroden 148 und 149 in Ebenen liegen, die im wesentlichen parallel zur Fortpflanzungsrichtung sind. Die Empfängörausgangs schaltung 150 ist ebenfalls zwischen den Elektroden 148 und 149 auge schic β s en.The receiver 141 contains the single crystal 147 made of tellurium, the optical axis of which is at a very small angle θ to the direction of propagation of the radiation is oriented with its electrodes 148 and 149 in planes which are substantially are parallel to the direction of propagation. The receiver output circuit 150 is also between the electrodes 148 and send 149 your eyes.
Für diese Anwendung wird der Tellurkristall 147 in der oben geschilderten Weise behandelt, so daß er bei der Setriebstem-For this application, the tellurium crystal 147 is treated in the manner described above, so that it is
17 X peratur eine Löcherkonzentration zwischen 1.10 Löchern je17 x temperature a hole concentration between 1.10 holes each
19
ecm und 1.10 Löchern je ecm aufweist, vorzugsweise etwa19th
ecm and 1.10 holes each ecm, preferably about
18
10 Löcher je ecm.18th
10 holes each ecm.
Der kleine Winkel 9 wird benutzt um eine Phasenanpassung möglich zu machen, er hat optimal eine Größe, die direkt zur Modulationsfrequenz in Beziehung steht, insbesondere für Modulationsfrequenzen im Mikrowellenbereich. Auch für Modulations-The small angle 9 is used to enable phase adjustment to make it optimally has a size that is directly related to the modulation frequency, especially for modulation frequencies in the microwave range. Also for modulation
009813/U60009813 / U60
copy ,;copy,;
frequenzen im hohen Mikrowellenbereich (Wellenlänge länger als, jedoch nahe bei 1 mm) kann der Winkel 0 vorzugsweise eine Größe, die kleiner als 10 haben»frequencies in the high microwave range (wavelength longer than, but close to 1 mm), the angle 0 can preferably have a size smaller than 10 »
Die Elektroden 148 und 149 sind z.B. im Vakuum aufgebrachtes Gold, sie liegen beide senkrecht zu einer x-Achse des Kristalls 147, wobei die elektrische Feldrichtung der empfangenen Strahlung parallel zu einer y-Achse liegt.For example, electrodes 148 and 149 are vacuum deposited Gold, they are both perpendicular to an x-axis of crystal 147, being the direction of the electric field being received Radiation lies parallel to a y-axis.
Die Empfängerausgangsschaltung 150 besteht z.B. aus hintereinandergeschalteten Spannungsverstärkern, denen ein oder mehrere Leistungsverstärker und ein Lautsprecher oder eine andere Verbrauchereinrichtung folgt.The receiver output circuit 150 consists of, for example, cascaded Voltage amplifiers, which include one or more power amplifiers and a loudspeaker or a another consumer device follows.
Im Betrieb befähigt der Polarisationskoeffizient zweiter Ordnung (nichtlinearer Koeffizient) d des Kristalls 147, der zu (1, 27In operation, the second order polarization coefficient (nonlinear coefficient) d of the crystal 147, which corresponds to (1, 27
-5
+0, 2) χ 10~ ESE (Elektrostatische Einheiten) gemessen wurde,
den Detektor auf die empfangene amplitudenmodulierte Strahlung in der Weise eines quadratischen Detektors anzusprechen.
Da dieser Effekt auf die nichtlinearen Eigenschaften der Polarisationswelle zurückgeführt werden kann, d.h. auf eine nicht in
Resonanz befindliche Bewegung von Ladungsdipolen, ist er von Haus aus ein sehr breitbandiger Effekt. Die obere Grenze seines
Frequenzbereichs ist in erster Linie durch seine Xeitkonstante
bestimmt und steht in umgekehrter Beziehung zu ihr, wobei die Zeitkonstante das Produkt der Kapazität zwischen den Elektroden-5
+0, 2) χ 10 ~ ESE (electrostatic units) was measured to respond to the received amplitude-modulated radiation in the manner of a square detector. Since this effect can be traced back to the non-linear properties of the polarization wave, ie to a movement of charge dipoles that is not in resonance, it is inherently a very broadband effect. The upper limit of its frequency range is primarily determined by its time constant and is inversely related to it, the time constant being the product of the capacitance between the electrodes
009813/U60009813 / U60
148 und 149 und dem effektiven ohmschen Widerstand zwischen ihnen ist. Die, Erhöhung der Löcherkonzentration im Kristall 147 ist ein Weg, diesen Widerstand herabzusetzen und die obere Grenze des Frequenzbereichs zu erhöhen. Im allgemeinen soll die Zeitkonstante wesentlich geringer als ein Viertel der kürzesten Periode der Amplitudenmodulation sein, die die infrarote Strahlung führt.148 and 149 and the effective ohmic resistance between them. The increase in the concentration of holes in the crystal 147 is one way to decrease this resistance and increase the upper limit of the frequency range. Generally supposed the time constant can be much less than a quarter of the shortest period of the amplitude modulation, that of the infrared Radiation leads.
Insbesondere hat die nichtlineare Polarisationwelle typischerweise eine Bewegungskomponente, die bei Nichtvorhandensein von Modulation ein fester Wert sein würde, und die bei Vorhandensein von Modulation sich entsprechend der Modulation ändert. Mit dieser modulierten Komponente ist ein entsprechendes induziertes elektromagnetisches Feld mit der Modulationsfrequenz verbunden. Da dieses Feld die Tendenz haben würde, sich entlang der optischen Achse des Kristalls 147.mit einer Geschwindigkeit fortzupflanzen, die von der Geschwindigkeit der 10, 6 η Strahlung verschieden ist, wodurch destruktive Interferenzeffekte an den Elektroden 148 und 149 entstehen, erlaubt das Vorsehen des Winkels 0 eine Phasenanpassung bei Verwendung in dem parametrischen Oszillator und dem Generator für zweite Harmonische, Es tritt eine Wechselwirkung mit einer laufenden Welle ein, die als konstruktiver Interferenzeffekt bei der Modulationsfrequenz an den Elektroden 148 und 149 erscheint.In particular, the polarization nonlinear wave typically has a component of motion which would be a fixed value in the absence of modulation and which, in the presence of modulation, changes in accordance with the modulation. A corresponding induced electromagnetic field with the modulation frequency is associated with this modulated component. Since this field would have the tendency to propagate along the optical axis of the crystal 147. at a speed which is different from the speed of the 10.6 η radiation, creating destructive interference effects on the electrodes 148 and 149, the provision of the Angle 0 a phase adjustment when used in the parametric oscillator and the second harmonic generator. An interaction with a traveling wave occurs, which appears as a constructive interference effect at the modulation frequency at the electrodes 148 and 149.
009813/1460009813/1460
Claims (17)
der induzierten Strahlung in Resonanz ist und in dem der
Winkel in dem Bereich liegtj der erlaubt, daß die induzierte Strahlung vorherrschend mit zwei Frequenzen auftritt, deren Summe gleich der Frequenz der gerichteten Strahlung ist.4. Device according to claim 2, characterized in that a resonator is arranged around the crystal, which with
of the induced radiation is in resonance and in which the
Angle lies in the range which allows the induced radiation to occur predominantly at two frequencies, the sum of which is equal to the frequency of the directed radiation.
Strahlung vorherrschend die zweite Harmonische ist.5. Device according to claim 2, characterized in that the single crystal is tellurium, the opposite surfaces of which are cut perpendicular to a direction which form an angle of 14 ° 10 * + 30 1 with the optical axis of the crystal and in which the angle of directed radiation to the optical axis 14 is 10 * + 30 ', so that the induced
Radiation is predominantly the second harmonic.
gekrümmt ausgebildet sind, mit Tangenten senkrecht zur
Fortpflanzungsrichtung und genau konvokal für eine zwischen6. Device according to claim 2, characterized in that the opposite surfaces of the crystal are spherical
are curved, with tangents perpendicular to the
Direction of propagation and exactly convocal for one between
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US51598165A | 1965-12-23 | 1965-12-23 | |
US515973A US3414728A (en) | 1965-12-23 | 1965-12-23 | Infrared modulators and detectors employing single crystal te or se |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1589068A1 true DE1589068A1 (en) | 1970-03-26 |
Family
ID=27058672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19661589068 Pending DE1589068A1 (en) | 1965-12-23 | 1966-09-30 | Parametric device welding of circular ring seams |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE688141A (en) |
DE (1) | DE1589068A1 (en) |
GB (1) | GB1152480A (en) |
NL (1) | NL6614238A (en) |
SE (1) | SE335894B (en) |
-
1966
- 1966-09-30 DE DE19661589068 patent/DE1589068A1/en active Pending
- 1966-10-10 NL NL6614238A patent/NL6614238A/xx unknown
- 1966-10-12 BE BE688141D patent/BE688141A/xx unknown
- 1966-12-20 GB GB5688066A patent/GB1152480A/en not_active Expired
- 1966-12-22 SE SE1758266A patent/SE335894B/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE688141A (en) | 1967-03-16 |
GB1152480A (en) | 1969-05-21 |
SE335894B (en) | 1971-06-14 |
NL6614238A (en) | 1967-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE68926391T2 (en) | GENERATION OF LASER LIGHT HARMONIC MEANS OF AN OUTER OPTICAL RESONATOR WITH LOW LOSS | |
DE69216793T2 (en) | Frequency doubling device using an electrically controllable optical index grating | |
DE2245339A1 (en) | CRYSTAL MATERIAL, IN PARTICULAR FOR OSCILLATORS | |
DE68910883T2 (en) | Device for generating optical harmonics. | |
DE1299783B (en) | Homodyne detector device | |
DE1285074B (en) | Non-linear optical device for generating harmonics | |
DE2021621C3 (en) | Acousto-optical device | |
DE69528592T2 (en) | NON-LINEAR FREQUENCY CONVERSION DEVICE WITH SEVERAL CRYSTALS | |
DE69011834T2 (en) | Optical harmonic generating device and device using the same. | |
DE1639022A1 (en) | Light modulator | |
DE69414527T2 (en) | Alignment-insensitive frequency doubler with birefringence compensation | |
DE2258661C2 (en) | Acousto-optical arrangement for deflecting an optical beam | |
DE69012992T2 (en) | DEVICE FOR OPTICAL BEAM DEFLECTION. | |
DE1564498B2 (en) | OPTICAL FREQUENCY MODULATION SYSTEM FOR COHAERENT LIGHT | |
DE2125254A1 (en) | Method and device for controlling light transmission through an anisotropic medium | |
DE1589068A1 (en) | Parametric device welding of circular ring seams | |
DE2138929B2 (en) | Ring laser | |
DE2002490A1 (en) | Lightwave coupling arrangement | |
DE2160044A1 (en) | Acousto-optical filter device | |
DE1915105B2 (en) | PARAMETRIC DEVICE FOR FREQUENCY CONVERSION OF COHERENT RADIATION OF A FIRST FREQUENCY INTO A SECOND FREQUENCY WITHIN A NON-LINEAR MEDIUM | |
DE69006324T2 (en) | Optical frequency doubler. | |
DE3631909C2 (en) | Laser with internal frequency doubling | |
DE2758876A1 (en) | DEVICE FOR CONVERTING COHERENT LIGHT | |
DE1169585B (en) | Optical generation of harmonics, beats or a modulation mixture of electromagnetic waves | |
DE2235715A1 (en) | ACOUSTIC-OPTICAL FILTERS |