DE1614996A1

DE1614996A1 - Optischer Sender oder Verstaerker(Laser)

Info

Publication number: DE1614996A1
Application number: DE19671614996
Authority: DE
Inventors: Lecraw Roy Conway; Dillon Jun Joseph Francis
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-03-23
Filing date: 1967-03-20
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1178023A; SE335188B; BE695884A; US3480877A; NL6703220A; NL6703221A; BE695885A; DE1614997A1; FR1515521A; US3526850A; GB1178022A; SE335189B

Description

Western Electric Company Incorporated Dillon-LeCraw 10-4

New York, N. Y. 10007 U.S.A. 1R1AQQR

Optischer Sender oder Verstärker . (Laser)

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender oder Verstärker (Laser) mit stimulierbar em kristallienen Festkörpermedium, bei dem das Wirtskristallgitter sättigbare magnetische Eigenschaften besitzt und bei dem die Natur des stimuliert emittierten Strahls mit Hilfe eines angelegten Magnetfelds geändert wird.

Der vor einigen Jahren aufgekommene optische Sender oder Verstärker, der auf dem Prinzip der stimulierten Strahlungsemission arbeitet, hat nunmehr weite Anwendungsmöglichkeiten gefunden, so in der Chirurgie, bei bestimmten hochempfindlichen Herstellungsmethoden und bei der Raman-Spektroskopie, um nur einige wenige Anwendungsmöglichkeiten zu nennen.

Für Nachrichtenübertragungszwecke konnten jedoch die vielversprechenden Eigenschaften des optischen Senders oder Verstärkers noch nicht voll ausgenutzt werden. Es ist unbestreitbar, daß beachtliche Anstrengungen in dieser Richtung unternommen worden sind, z. B. hinsichtlich der Entwicklung parametrischer Verstärker, ebenso auch

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hinsichtlich Empfänger (tuner) und Modulatoren, die auf den Wechselwirkungen zwischen der stimulierten Strahlung mit magnetischen und. elektrischen Feldern beruhen. Es ist möglich, daß es sich für einige dieser Wirkungssehernen schließlich herausstellen wird, daß sie nicht kommerziell befriedigend in optischen Nachrichtenübertragungssystemen Verwendung finden können. Es ist aber auch möglich, daß andere Wege in bestimmten Anwendungsgebieten erfolgversprechender sind.

Gemäß der Erfindung wird eine neue Klasse optischer Sender oder Verstärker verfügbar gemacht, deren stimulierbares kristallienes Festkörpermedium ein sättigbares magnetisches Wirtskristallgitter aufweist, und zwar entweder ein ferrimagnetisches oder ein ferromagnetisches, wobei die Natur des stimuliert emittierten Strahls in bestimmter Weise durch ein angelegtes Magnetfeld modifiziert wird. Die Vorrichtungen dieser Klasse hängen in ihrem Betrieb von einer Richtung der Gesamtmagnetisierung ab, welche Komponenten senkrecht und parallel zur Richtung eines zugelassenen stimuliert emittierten Strahls zu bestimmten Zeiten während des Betriebs aufweist und welche gegenüber einer kristallo graphischen Richtung des Mediums während des Betriebs geändert werden kann. Für die hier beschriebenen Zwecke muß das zugeführte Feld eine Gesamtmagnetisierungsrichtung haben, die sich zumindest 2 von der senkrechten oder der parallelen Richtung gegenüber der Richtung eines stimuliert emittierten Strahls unterscheidet oder die dafür ausgelegt ist, sich um einen Winkel von zumindest 0,1

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gegenüber der benutzten kristallographischen Richtung während des Betriebs zu ändern.

Die Verwendung eines zu der angegebenen Magnetisierung führenden Felds kann zu einer Frequenz- oder Amplitudenabstimnrung führen, ferner zu einer Ablenkung, oder zu einer räumlichen Modulation, einer Amplituden- oder Frequenzmodulation und auch zu einer Q-Wert-Verschlechterung (Q-spoiling). Während andere Möglichkeiten gegeben sind, arbeitet man zweckmäßig mit zwei etwa zueinander senkrechten Feldern. Eine bevorzugte Klasse der in Rede stehenden Vorrichtungen ist in dieser Weise ausgeführt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines magnetischen stimulierbaren Festkörpermediums, dessen Wirkungsweise durch ein Megnetfeld beeinflußt wird,

Fig. 2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels, das für eine Ablenkung oder eine räumliche Modulierung der Richtung ausgelegt ist, unter welcher der stimulierte Strahl austritt und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines optischen Senders oder Verstärkers, der dafür ausgelegt ist unter dem Einfluß eines angelegten Hochfrequenzfeldes zu arbeiten.

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Der in Fig. 1 dargestellte optische Sender oder Verstärker 1, der aus einem sättigbarem magnetischen Material aufgebaut ist soll durch (nicht dargestellte) Mittel so betrieben sein, daß ein stimuliert emittierter Strahl 2 aus der Fläche 3 austritt. Während die Anordnung nach Fig. 1 mit Vorteil unter Ausnutzung verschiedener Phenomene oder einer Kombination hiervon betrieben werden kann, beruht die nachstehend beschriebene Betriebsart auf dem Umstand, daß der Lichtstrahl 2 zumindest eine Komponente einer ebenen Polarisation aufweist, welche entweder durch die Polarisatoren 5 und/oder 6 eingeführt ist oder naturgemäß von selbst auftritt. Während es sich versteht, daß ein angelegtes Magnetfeld zu einem zirkularpolarisierten Strahl führen kann, und während dies sicherlich durch geeignete Auswahl der Feldrichtung bewerkstelligt werden kann, so kann ein Anteil einer ebenen Polarisation auch in einem magnetischen Wirtsgitter auftreten, und zwar wegen der gleichen Gründe, die auch für andere stimulierbare Festkörpermedien gelten.

Ein allgemeiner Grund für das Auftreten einer ebenen, d.h. linearen, Polarisation ist die relativ niedrige Symmetrie der von den aktiven Ionen eingenommenen Kristallgitterplätzen. (Die dreiwertigen Ionen der seltenen Erden in Granat-Gitterstrukturen sind hierfür beispielhaft.) Dieser Zustand rührt auch von jeglicher Anisotropie im Kristall her, wie diese, selbst in einem kubischen Kristall, auftritt, wenn die Laufrichtung eines Strahls nicht genau mit einer Hauptachse zusammenfällt«

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Als weitere Ursachen für das Auftreten einer linear polarisierten Komponente seien die gröberen Effekte wie Kristallbaufehler, Welligkeiten in den Stammflächen usw., genannt» Selbstverständlich kann die zirkuläre Polarisation des Lichtstrahls auch als der Wirkungsmechanismus für eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld dienen, wodurch der Charakter des Strahls geändert wird. Eine auf diesem Prinzip beruhende Vorrichtung wird weiter unten beschrieben. Für die Zwecke vorliegender Beschreibung werden die Vorrichtungen, die auf einer Wechselwirkung aufgrund der eben polarisierten Komponente beruhen, so erläutert, wie wenn der Strahl ausschließlich eben polarisiert wäre.

Die Enden 3 und 4 des Kristallkörpers 1 sind so beschichtet, daß das Ende 4 ein vollständig reflektierender Spiegel ist, und das Ende 3 ein teildurchlässiger Spiegel, wie dies für den Aufbau einer als Festkörper-Oszillator betriebenen Vorrichtung üblich ist.

Der Körper 1 ist in einer zur Richtung des Strahls 2 normalen Richtung mit Hilfe eines Magnetfelds H magnetisch gesättigt. Da dieses Feld keine parallel zum Strahl 2 verlaufende Komponente hat, ist keine Rotationswirkung auf die Polarisationsebene des Strahls vorhanden. Abgesehen von den vorstehend beschriebenen Effekten arbeitet daher die Vorrichtung so, wie dies für ein unmagnetisches Wirtskristallgitter der Fall ist* Die Natur des austretenden Strahls wirrd nun durch Neigung der Gesamtmagnetisierung geändert. Dies kann erreicht werden

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durch ein zweites Feld H , das parallel zur Strahlrichtung verläuft sowie eine ausreichende Größe dahingehend besitzt, zu einer resultierenden Richtung der Magnetisierung längs des resultierenden Felds EL zu führen. Da dieses resultierende Feld eine parallel zum Strahl verlaufende Komponente besitzt, wird die Ebene der Polarisation während eines Durchlaufs gedreht. Da diese gyromagnetische Drehung nichtreziprok ist, fährt die Polarisationsebene fort, sich in der gleichen Richtung während jeder folgenden Durchquerung zu drehen. An einer bestimmten Stelle ist der bisher aufgelaufene Grad der Gesamtdrehung so, daß der Ε-Vektor der Welle ausreichend außer Phase ist, um eine weitere Stimulierung durch ein Wellenpaar zu verhindern. Die Distanz, über welche dieser Einfluß sich bemerkbar macht, hängt vom Grad der Drehung ab, d. h. von der Größe der Magnetisierungskomponente parallel zum Strahl, sowie von dem Ausmaß, mit dem die Vorrichtung oberhalb ihres Schwellwerts betrieben wird. Die Betriebsbedingungen können beispielsweise so sein, eine Stimulation zu verhindern, wenn die Wellen um 150 außer Phase sind, in welchem. Falle die Zone, innerhalb der für dieses Wellenpaar eine Stimulation verhindert ist, sich von +150 bis -150 mit Bezug auf eine betrachtete Welle erstrecken wird. Durch Ändern der Größe der Magnetisierungskomponente parallel zum Strahl kann der Grad der Drehung geändert werden, so daß sich sowohl Frequenz als auch Länge der Zone ändern, innerhalb derer die Wellenpaare einander im auslöschenden Sinne beeinflussen. Auf diese Weise kann die Amplitude- des Aus gangs Strahls geändert werden.

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Während die spontan auftretende ebene Polarisation für den vorstehend beschriebenen Zweck ausreichend sein kann, kann es auch wünschenswert sein, dieselbe künstlich zu erzeugen. Zu diesem Zweck können polarisierende Elemente 5 und 6 (Fig. 1) vorgesehen sein. Arbeitet die Vorrichtung als Oszillator und tritt, wie gezeichnet, der Strahl bei 2 aus, so kann das Element 5, allein verwendet, als reflektierender Polarisator den beschriebenen Zustand erzeugen und jenen Betrieb ermöglichen. Demgemäß kann die sogenannte Laser-Wirkung über eine beliebige Zone unterdrückt werden, und zwar in Bezug auf zwei bestimmte Strahlen, die um den erforderlichen Grad außer Phase sind. Ist einmal die Polarisation auf diese Weise eingeführt worden, so ist die Drehung selbstverständlich, wie beschrieben, kontinuierlich und nicht-reziprok.

Das Element 6, das allein oder in Kombination mit dem Element 5 verwendet werden kann, kann durch sich selbst den für den beschriebenen Betrieb erforderlichen Polarisationsgrad einführen oder kann als ein Übertragungselement oder Analysator dienen. Es wird also nur Strahlen passieren lassen, die eine Polarisationskomponente in der erlaubten Übertragungsrichtung besitzen. Eine 90 -Drehung an dieser Stelle verhindert eine Emission vollständig, während in zwischenliegenden Graden der Drehung sich ändernde Energiebeträge durchgelassen werden. Die Verwendung des Elements 6 in dieser Weise führt selbst zu einer Q-Verschlechterung (Q-spoiling), .ebenso zu gewissen anderen

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beschriebenen Funktionen.

Die optischen Elemente 5 und/oder 6 sind zwar in den anderen Figuren nicht im einzelnen dargestellt, derartige Mittel zum Einführen einer ebenen Polarisation können aber auch dort zweckmäßig sein, wo die spontan auftretende ebene Polarisation für die in Rede stehenden Zwecke unzureichend ist.

Die Amplitudenänderung, die auf die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Weise erhältlich ist, kann lediglich zur Einstellung der Höhe des Aus gangs Strahls vorgesehen sein, oder auch zur fortlaufenden Modulation des Strahls. Verschiedene Abänderungen sind möglich. Festkörpermedien mit magnetischem Wirtskristallgitter haben wohldefinierte kristallographische Richtungen, die mit den Richtungen der leichten bzw. der schwierigen Magnetisierung zusammenfallen. Durch Wahl der entsprechenden Orientierung kann die Vorrichtung für einen Digital-Betrieb ausgelegt werden. Im Falle des Yttrium-Eisen-Granats (YEG) als Wirtsgitter sind die (ill) -Richtungen. Für eine digitale Wirkungsweise kann der Kristall so orientiert werden, daß eine (lll)-Richtung senkrecht zur Strahlrichtung verläuft und eine zweite Richtung die Richtung des gewünschten resultierenden Felds H_R definiert. Diese Anordnung führt zu einer wohldefinierten H„-Richtung derart, daß die Magnetisierung in diese Richtung durch Verwendung eines parallelen Längsfelds geneigt werden kann,

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Für analoge Betriebsweise kann, wenn wiederum das Beispiel der kubischen YEG-Kr ist allstruktur betrachtet wird,, die Orientierung so sein, daß eine harte Richtung, eine (lOO) -Richtung, eine Richtung definiert, die zwischen dem. in normalmRichtung anstehenden Feld und dein resultierenden Feld liegt. Da hier keine ausgeprägte Änderung in der Größe des erforderlichen Sättigungsfelds von der unmodulierten Feldrichtung (normalen Richtung) nach der jeweiligen gewünschten Extremrichtung vorhanden ist, folgt die Magnetisierungsrichtung der Größe der Parallel-Komponente des anstehenden Felds in kontinuierlicher Weise. Es ist ersichtlich, daß zahlreiche Funktionen durch eine entsprechende gegenseitige Ausrichtung der kristallographischen Orientierung und der Feldrichtung erhalten werden können.

Es sei bemerkt, daß die Beschreibung der Vorrichtungen mit Hilfe des Ausdruckes "Magnetisierungsriehtung¹¹ und nicht anhand der Richtung des anstehenden Felds erfolgte. In vielen Fällen ist eine enge Entsprechung zwischen den Richtungen des B-Felds und des H-Felds. Es gibt jedoch gewisse kristallographische Orientierungen, die eine Änderung in der Magnetisierungsriehtung, wie diese für bestimmte der in Rede stehenden Vorrichtungen gefordert ist, erlauben, ohne daß hierzu eine entsprechende Änderung in der Richtung des zugeführten Felds erforderlich wäre. Eine beispielhafte Vorrichtung dieser Art kann anhand der Fig. 1 beschrieben werden.

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Es sei eine Orientierung angenommen der Art, daß eine Richtung leichter Magnetisierung einen spitzen Winkel gegenüber der Strahlauf« richtung definiert, welche ihrerseits eine Magnetisierungsrichtung definiert, die für eine Sättigung ein größeres anstehendes Feld erfordert. Dann ist es möglich durch Zuführen eines Gleichfelds mit sich zeitlich ändernder Amplitude die Magnetisierung von der leichten Richtung in die Strahlrichtung zu verschieben. Für das Beispiel des YEG können die erforderlichen Bedingungen durch eine Orientierung derart erfüllt werden, daß eine £Lll)~Richtung einen Winkel von etwas weniger als 35 gegenüber der Strahlrichtung definiert, so daß die andere (^ 111^-Richtung einen Winkel von mehr als 35 definiert. Das Anlegen eines Felds in Strahlrichtung unter einer Stärke, die gerade ausreicht., das stabförmige Medium längs der (lll)-Ach^e zu sättigen kann bei einem ersten Feldstärkewert des anstehenden Felds erreicht werden. Eine Erhöhung der Größe des angelegten Felds auf einen Feldstärkewert, der ausreicht, um die Entmagnetisierungs- und imisotropiefeider längs der Hauptachse des Stabs zu überwinden, verschiebt die Magnetisierungsrichtung. Demgemäß kann der Grad der Drehung oder die Zeeman-Aufspaltung geändert werden. Andere Anordnungen liegen auf der Hand. Es sei bemerkt, daß die vorstehend beschriebenen Anordnungen das Anisotropie-Feld oder die Anisotropie-Felder des kristallienen Materials ausnutzen. In bestimmten Fällen ist die Magnetisierung, 4 Tt M, wesentlich größer, und eine Selektivität, die auf dieser Anisotropie

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beruht, wird unpraktisch. In diesen Fällen ist es häufig möglich, die • Magnetisierung zur Verstärkung der Anisotropie zu reduzieren. Dies wird in YEG leicht erreicht, und zwar durch Kompensation beispielsweise mit Gallium. Hierdurch ist es möglich, die Magnetisierung von ihrem üblichen Wert in der Größenordnung von 2000 Gauß auf einen Wert von etwa 200 Gauß zu reduzieren. Auf diese Weise kann das Anisotropie-Feld um etwa das Zehnfache erhöht werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist anhand eines Sättigungsfeldes beschrieben worden, das bei einer illustrativen Ausführungsform in normalen Richtung zur Strahlrichtung orientiert ist. Es ist jedoch bekannt, daß hier eine natürliche Präzessionsresonanz vorhanden ist, deren Frequenz mit dem anstehenden Feld oberhalb Sättigung zunimmt. Die Verwendung eines Felds, das lediglich zur Sättigung ausreicht, führt zu einer Frequenzgrenze der Vorrichtung, da die Fähigkeit der Magnetisierungsrichtung, dem Modulationsfeld oder dem Neigungsfeld folgen zu können, bei Annäherung an Resonanz abnimmt. Für das Beispiel des YEG wird diese Resonanz eine bedeutsame Grenze bei Frequenzen in der Größenordnung von 10 Megaherz. Es versteht sich, daß diese Grenze erhöht werden kann durch Erhöhen der Größe des Sättigungsfelds, d. h. des Feldes, das dem unmodulierten Zustand des Strahls entspricht. Auf diese Weise konnte eine effektive Modulation in einem YEG-Wirtsgitter bei annähernd 1 GHz erreicht werden. Je größer das fixierte Feld ist desto größer wird selbstverständlich die modulierende

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η.

Feldkomponente, die zum Erzeugen eines gegebenen Modulationsgrads erforderlich ist, so daß das fixierte Feld möglichst dicht bei der Sättigung gehalten wird, wenn dies möglich ist.

Die Anordnung nach Fig. 1 kann auch als für eine Vorrichtungsklasse repräsentativ angesehen werden, bei der eine Änderung des stimuliert emittierten Strahls erzeugt wird durch Ändern des Abstands zwischen den verspiegelten Stirnseiten via Magnetostriktion des Wirtskitters. Diese Ausführungsform die sich für Abstimmzwecke eignet, aber auch sehr gut für eine kontinuierliche Modulation in Frage kommt, macht wiederum Gebrauch von einem Sättigungsfeld, das man um den gewünschten Grad neigt, um den Kristall um den erforderlichen Betrag in Strahllaufrichtung zu komprimieren oder zu dehnen. Da dies einem nahezu statischen Zustand entspricht, ist es möglich, in einer derartigen Anordnung nur ein einziges anstehendes Feld zu verwenden, das dann, wie gefordert, in einer Richtung H_ orientiert sein würde. Eine derartige Einstellung kann manuell erfolgen oder kann Bestandteil eines Rückkopplungskreises sein, der dafür ausgelegt ist, den optischen Sender oder Verstärker im gewünschten Betriebszustand zu halten. Sie kann für eine Frequenzfeineinstellung oder einfach zur Optimali sie rung einer gewünschten Schwingungsform verwendet werden. Um die größte Empfindlichkeit bei der mit Hilfe dieses Wirkungsmechanismus erfolgenden Einstellung sicherzustellen, wählt man zweckmäßig die Strahlausrichtung so, daß sie mit derjenigen Richtung übereinstimmt, in

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welcher die größte magneto striktive Änderung auftritt. Im YEG-Wirtsgitter ist aus diesen Gründen eine Strahlausrichtung in einer {lll}-Richtung angezeigt.

Die Zeeman-Aufspaltung, die die Verwendung eines Sättigungsfeldes begleitet kann eine Erwägung für den Entwurf der Vorrichtung bilden, welche nach einer der hierin beschriebenen Prinzipien arbeitet. Da diese Aufspaltung von der kristallographischen Richtung der Magnetisierung abhängt, folgt, daß in bestimmten der beschriebenen Vorrichtungen Frequenzverschiebungen erhalten werden können. Dieser Effekt kann beispielsweise durch Verwendung der Digital-Anordnung minimalisiert werden, nach der die resultierende Feldrichtung in einer equivalenten Richtung leichter Magnetisierung in beiden Stellungen orientiert ist. Andererseits kann die Frequenzänderung infolge einer Änderung in der Zeeman-Aufspaltung bewußt möglichst groß gemacht werden, wenn dies das Ziel eines speziellen Anwendungsfalls erfordert..

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt ein stimulierbares Medium 10, das wie die anderen hier beschriebenen Medien aus einem magnetischen Wirtskristallgitter mit hierin eingelagerten stimulier bar en Ionen besteht. Hierbei ist angenommen, daß das Element 10 einer Abregungsenergiequelle ausgesetzt ist und daß Einrichtungen zum Erzeugen von einem oder mehreren Magnetfeldern vorgesehen sind, die zu einer magnetischen Sättigung in einer der durch die Vektorgrößen H , H und H„

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bezeichneten Richtungen führen. Das Element 10 ist mit mehreren Paaren je zueinander paralleler Endflächen 11-12, 13-14 und 15-16 versehen, wobei je eine Fläche jedes Paares, vorwiegend die Flächen 11, 13, 15 vollständig reflektieren sollen, während die je andere Fläche (12, 14 und 16) jedes Paares teilreflektierend sind. Entsprechende Flächen können auch mit polarisierenden Gliedern versehen werden, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Unter diesen Umständen kann jedes Flächenpaar eine mögliche Schwingungsform definieren. Verläuft die Gesamtmagnetisierung in der Richtung H₁, so tritt die stimulierte Emission zwischen den Flächen 13 und 14 auf und führt zu einem austretenden Strahl B₁. Ein Umschalten der Magnetisierung in die

Stellung H₀ führt zu einer parallel zum Strahl B verlaufenden Κοπιώ ι

ponente, wodurch eine Drehung in diesem Strahl und zu einem bestimmten Ausmaß Auslöschung erzeugt wird, wie dies im Zusammenhang mit der Anordnung nach Fig. 1 beschrieben worden ist. Unter diesen Umständen wird die in Richtung B definierte Schwingungsform wirksamer, da in dieser Richtung keine Magnetisierungskomponente vorhanden ist. Dieser Strahl definiert daher die vorherrschende Schwingungsform, und der stimuliert emittierte Strahl tritt unter jener Richtung aus. In der gleichen Weise führt ein Kippen des Felds in die Richtung H„ zu einem unter der Richtung B_q auftretenden Strahls.

Wiederum sind zahlreiche Abänderungen der Vorrichtung möglich. Mit

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ν» Γ

nur einer kleinen Anzahl Ablenkungsrichtungen, wie diese in der dargestellten Vorrichtung vorgesehen sind, ist es möglich, den Kristall so zu orientieren, daß jede Feldridhtung mit einer Richtung leichter Magnetisierbarkeit zusammenfällt. In den Fällen, in denen eine größere Anzahl von Ablenkungsrichtungen gefordert ist, also eine größere Anzahl reflektierender Flächenpaare vorgesehen sind, wird es wahrscheinlich nicht möglich sein, (und zwar hängt dies von der Kristallsymmetrie ab), daß jede Feldrichtung mit einer leichten Richtung zusammenfällt. In diesem Fall empfiehlt es sich die Orientierung so zu wählen, daß der Sektor, der durch die Normal-Feldrichtung und der entferntesten Feldrichtung eine Richtung schwieriger Magnetisierung enthält.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 enthält einen stimulierbaren Kristall 20, der wiederum mit reflektierenden Stirnflächen 21 und 22 versehen ist. Die letztere Stirnfläche ist nur teilreflektierend, so daß der stimuliert emittierte Strahl in Richtung des Pfeiles 23 aistreten kann. Ferner ist eine Anregungsenergiequelle (nicht dargestellt) zum Erzeugen einer Besetzungsumkehr vorgesehen, sowie ein Magnetfeld, das zumindest ausreicht, den Körper 20 in der durch den Vektor H gegebenen Magnetisierungsrichtung zu sättigen. Außerdem können noch, falls erforderlich eben polarisierende Glieder vorgesehen sein. Der optische Sender oder Verstärker liegt bei diesem Ausführungsbeispiel Innerhalb eines Mikrowellenresonators 24. Während des Betriebs wird das Feld H auf einen Wert bei oder oberhalb Sättigung eingestellt, so daß sich die

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gewünschte Resonanzfrequenz ergibt, bei der Mikrowellenenergie in den Resonator 24 über ein Koaxialkabel 25 eingekoppelt wird. Der Mikrowellenresonator 24 ist mit einem Durchlaß 26 versehen, durch den der stimuliert emittierte Strahl 23 austritt. Diese Anordnung führt

zu einer Präzessionsresonanz H , welche, da sie eine Magnetisiert

rungskomponente parallel zum Strahl 23 besitzt, zu einer Amplitudenänderung im Ausgang führt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Bei normal zum Strahl orientiertem Feld II erzeugt die Präzession eine Amplitudenänderung des Strahls beim doppelten der Mikrowellenfrequenz. Die Modulation kann bei der zugeführten Fundamentalfrequenz eingestellt werden durch Neigen des Felds H derart, daß die Präzession zwischen einer Normal-Richtung und einer Extremstellung stattfindet. Selbstverständlich kann es auch wünschenswert sein, eine Mikrowellenvorrichtung für einen Betrieb unterhalb der Resonanz in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise zu verwenden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird von dem Aufbau nach Fig. 1 oder Nach Fig. 3 Gebrauch gemacht, wobei der Umstand ausgenutzt wird, daß der stimuliert emittierte Strahl zirkularpolarisiert sein kann und zur Phasenmodulierung des Ausgangs verwendet werden kann. Bei dieser Betriebsart erzeugt die Wechselwirkung von Sättigungsfeld in Normalen-Richtung, z. B. H in Fig. 1 und parallel Feld Hp, das ein Hochfrequenz-Feld sein kann, eine Geschwindigkeits-

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änderung der einen zirkularpolarisierten Komponente gegenüber der anderen. Eine Auswahl einer der beiden Komponenten führt zu einer effektiven Änderung in der Entfernung zwischen den reflektierenden Stirnflächen des stimulierbaren Mediums, wodurch die Phase des Ausgangs geändert wird.

Die dargestellten Ausführungsformen sind nur einige wenige Beispiele für die erfindungs gemäßen Vorrichtungen, bei denen die Wechselwir« kung eines anstehenden Magnetfelds geeignet geneigter Richtung mit einem stimuliert emittierten Strahl innerhalb eines sättigbaren magnetischen Wirtsgitters ausgenutzt wird. Alle derartige Vorrichtungen profitieren von der Fähigkeit, die Richtung einer sehr großen inneren Magnetisierung durch die Verwendung eines vergleichsweise kleinen äußeren Felds ändern zu können. Die erfindungs gemäßen Vorrichtungen verwenden sämtlich eine Magnetisierungsrichtung, die - zumindest während bestimmter Zeiten während des Betriebs - so ist, daß eine Komponente längs der Richtung einer zugelassenen stimuliert emittier" ten Strahlform vorhanden ist, d.h. einer Strahlform, die durch ein Paar reflektierender Stirnflächen definiert ist. Es ist gezeigt worden, daß das geneigte Feld eine resultierendes Feld sein kann, das durch ein in fixierter Richtung anstehendes sättigendes Feld zusammen mit einem kleineren einstellbaren oder modulierenden Feld erzeugt wird. Hierbei ist das fixierte Feld allgemein senkrecht zum stimuliert emittierten Strahl orientiert. Ferner wurde gezeigt, daß das Einstell-

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oder Modulations feld ein Gleichfeld oder ein Wechselfeld sein kann und daß es auf zahlreichen Wegen eingeführt werden kann. Weitere Abwandlungen sind möglich. Der wesentliche Gedanke ist hierbei
jedenfalls der, daß die Richtung einer zum Strahl geneigten Magnetisierung irgendeine Grenzgröße des Aus gangs Strahls zu Abstimmoder anderen Zwecken bestimmend beeinflußt.

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Claims

16U996 • /Ι3· Patentansprüche

1. Optischer Sender oder Verstärker mit stimulierbarem kristallienen Pestkör per medium, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirtskristallgitter des stimulierbaren Mediums ein sättigbares magnetisches Material vorgesehen ist und daß das stimulierbare Medium
einem sättigenden Feld ausgesetzt ist, das in ihm eine Magnetisierung mit einer Komponente in der Richtung eines zugelassenen, stimuliert emittierten Strahls erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsrichtung in bestimmten Zeiten während des Betriebs der Vorrichtung einen Winkel von 2 bis 88 gegenüber der Richtung eines zugelassenen, stimuliert emittierten Strahls bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-die Magnetisierungsrichtung während des Betriebs geändert wird um
einen Winkel von zumindest 0,1 .

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung das Ergebnis eines anstehenden Gesamtfelds ist,
welches durch zwei gesonderte Felder erzeugt wird, und wobei eine Stellung ausgewählt ist durch entsprechende Wahl der Größe zumindest eines der beiden gesonderten Felder«

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden gesonderten Felder im wesentlichen senkrecht zu der Richtung eines zugelassenen, stimuliert emittierten Strahls orientiert sowie in der Größe für eine magnetische Sättigung des Materials bemessen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden gesonderten Felder etwa parallel zu der Richtung eines zugelassenen, stimuliert emittierten Strahls orientiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden Felder eine sich zeitlich ändernde Größe besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden Felder ein Hochfrequenz-Feld ist, das an das stimulierbare Medium mit Hilfe eines Hochfrequenz-Hohlraumresonators angekoppelt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Feststellen einer Amplitudenänderung im austretenden stimuliert emittierten Strahl vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Feststellen einer Phasenänderung im austretenden

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stimuliert emittierten Strahl vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein stimuliert emittierter Strahl in zumindest zwei Richtungen erzeugt wird und daß die Richtungsauswahl entsprechend der Richtung des anstehenden Magnetfelds erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erzeugen einer eben polarisierten Komponente im Strahl vorgesehen sind.

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