DE1639166A1 - Vorrichtung zur Modulation und Demodulation elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Vorrichtung zur Modulation und Demodulation elektromagnetischer Wellen

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DE1639166A1
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crystal
magnetic field
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Albert Zylbersztejn
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Description

P 3292
Paien'-r'välte
Dipl.-' -,'.J.wobcr
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Xe!. 2519 23
COIEPAGNIE GENERALE D«ELECTRIC ITE 54, rue La Boetie, Paria (8), Prankreich
VORRICHTUNG ZUR MOIUIdTION UNO DEMODULATION ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN
Die Erfindung "betrifft Anlagen zur Informationsiibertragung auf der Grundlage der Modulation und Demodulation modulierter elektromagnetischer Wellen, und insbesondere der Modulation und Demodulation von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtfrequenzwellen.
Zahlreiche bekannte Modulations- und Demodulationsgeräto weisen den Nachteil auf, dass sie nicht das gesamte Frequenzspektrum der elektromagnetischen Wellen durchgehend erfassen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Modulation und
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Demodulation gestattet es, Träger-Frquenzen, dia jenseits des Frequenzbereichs dor Hertzschen Wellen liegen, und insbesondere Trägerfrequenzen im Infrarot-Spektrum zu modulieren und zu demodulieren, und die Modulations-Frequenz kann im gesamten Bereich der Hochfrequenz- und Höchstfrequenz-Wellon durchgehend variieren.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung macht sich die Absorptions-Eigenschaften bestimmter halbleitendur odor hT.lbmetallischer Kristalle zunutze, die ganz bestimmten Temperatur- und Magnetfeldbedingungen unterliegen. Insbesondere betrifft „ ■ die Erfindung eine neue Anwendung des unter der Bezeichnung, 11 Intraband-Magneto-Ab sorption" bekannten Phänomens.
Bei Vorhandensein eines äusseren Magnetfeldes kann der Photonenfluss einer Energie unter dem Schwellwert dor Intrinsic- oder Extrinsic-Photoleitfähigkeit durch die freien Ladungsträger eines halbleitenden oder halbmetallischon Kristalls absorbiert werden. Diese Ladungsträger gehen von einem Landau-Niveau zum anderen über. Bekanntlich wird das Landau-Niveau durch einen von der Gleichung :
E= (n + 1)£ω 22
2 *
definierten Energiewert bestiiKKt; der Hüllwort dieser Energie entspricht einem Extremwert des Bandes.
In dieser Gleichung stellt η wie gewöhnlich eine positive ganze Zahl oder Null dar, und -ii ist die Plancksche-Konstante geteilt durch 2^ ω stellt äie ''Zyklotron"-Frequenz dar, die durch die Gleichung o) - eB definiert ist.
m*
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Mit e ist die ElGktronenladung, mit m* die wirkliche Masse der Träger, mit B die magnetische Induktion und mit K der
Zi
Wellen-Vektor in Richtung der Induktion bezeichnet.
Bekanntlich können die übergänge von einem Landau-Niveau zum anderen auf zwei Arten erfolgen :
a) eigentliche Zyklotron-Übergänge entsprechend der Absorption eines Photons ω = ω ,
b) Übergänge entsprechend der Absorption der Frequenz-Photonen ω = η ω » wenn η grosser als 1 ist, d.h.
O C
bei Oberwellen-Frequenzen der Zyklotron-Frequenz.
Der letztgenannte Ubcrgangstyp tritt bei nichtparabolischen Frequenzbändern und in allgemeinen dann auf, wenn die Tiffüaiqn der freien Ladungsträger durch das Hetz nicht vernachlässigbar ist.
Fig. 1 zeigt schematisch die beiden Ubergangstypen im vereinfachten Fall eines parabolischen Frequenzbandes. Mit E-, ist hierin das Forai-Niveau des Festkörpers bezeichnet.
Die Theorie des Absorptions-Vorganges im Intr-.bn.nC durch freit Ladungsträger zwischen den Landau-ITiveaus ist bekannt, und im Rahmen der Beschreibung wird hierauf nicht nähur Bezug genommen. Han beziehe sich auf bekannte Werke über dio Physik und die optischen Eigenschaften von Festkörpern und insbesondere auf den Artikel "Magneto-optical oscillations in the free carriers and interband absorption of semiconductors" (von E.Γ. PALIE und R.F. WALLIS,
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erschienen in Physical Review, Band 130, Heft 1, Seite 41-45, 1. April 1963).
Das Auftreten solcher absorbierender übergänge ist durch folgende Relationen bedingt :
ω = ηω undo) τ^Ι, worin τ die Relaxationszeit der Träger darstellt. Das Zusammentreffen dieser beiden Bedingungen erfordert mitunter die gleichzeitige Verwendung tiefer Temperaturen und hoher magnetischer Felder.
Die Erfindung gestattet es, die Modulation eines Energie-Photonenflusses von n-fi ω zu modulieren und zu demodulieren.
Bei der Modulation wird ein den Bedingungen des ausseren Feldes :
unterworfener Kristall durch einen bestimmten Absorptions-Koeffizienten « der genannten Photonen gekennzeichnet; α ist abhängig von der Induktion B, der Höhe des Fermi-Niveaus Ej1 und der Relaxationszeit τ · Daraus folgt, dass jede Änderung mindestens eines der genannten Parameter einer Änderung dos Absorptions-Koeffizienten hervorruft, oder mit anderen Worten eine Änderung des Ubertragungs-Koeffieienten des Kristalls. Da mit jeder Absorption eine Dispersion verbunden ist, wird eine beliebige Änderung mindestens eines dieser Parameter sich durch eine Einwirkung nicht nur auf den Absorptions-Modul oder -Koeffizienten (oder Obertragungs-Koeffizienten) ausdrucken, sondern ebenfalls auf dessen
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so dass die. Möglichkeit der Amplituden- und Phasen-Modulation "besteht. Bis zum heutigen Tage ist keine Anwendung dieser Übergänge bekannt, um die Modulation einer elektromagnetischen Welle nach Amplitude oder Phase zu erzielen, ganz gleich welchen Wert η hat.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit Einrichtungen zur Amplituden- und Phasen-Modulation einer elektromagnetischen Welle durch !Änderung der Absorption aufgrund der Intraband-TJbergänge zwischen den Landau-Niveaus über einen halbleitenden oder halbmetallischen Kristall, der in einem Magnetfeld im Inneren eines Gehäuses angeordnet ist, welches thermostatisch geregelt und zweckmässigerweise bei niedriger Temperatur gehalten werden kann.
Der Modulator entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er insbesondere einen halbleitenden oder halbmetallischen Kristall aufweist, welcher in einem Magnetfeld im Inneren einp.o thermostatisch geregelten Gehäuses, vorzugsweise bei niedriger Temperatur unfcQrgobraoht ist, sovrie Einrichtungen, um die Anzahl der freien Träger δίβαοα "PVigtnlla zu moduliere», wobei eine monochromatische Strahlung einer Amplituden-Modulation ausgesetzt wird, wenn diese durch das Kristall hindurchgeht.
Bei einer anderen Ausführungsart ist der erfindungsgemässe Modulator mit Einrichtungen zur Änderung der Energieverteilung der freien Ladungsträger des Kristalls ausgerüstet, wobei eino elektromagnetische Welle den Kristall passiert und dabei amplitudenmoduliert wird,
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Einer weiteren Ausführungsart entsprechend weist der erfindungsgemässe Modulator eine Einrichtung zur Modulation des Magnetfeldes auf, wobei eine monochromatische Strahlung durch den Kristall gelangt und dabei unmittelbar unter d«r Einwirkung der Modulation des Magnetfeldes amplitudenmoduliert wird.
Wenn "boin Dor.odulieren der Kristall den Bedingungen des äusseren Feldes ausgesetzt ist, wobei ω — η ω ist, worin η eine positive ganze Zahl von grosser als 1 bezeichnen kann, erfolgt bei Absorption eines Photons im Fall der Fig. der übergang eines Trägers vom Niveau 0 auf das iiiveau n, und auf dem Niveau η ist die Energie oder die "Temperatur" des Trägers grosser und somit die Beweglichkeit des Trägers unterschiedlich.
Die Demodulation des Photonenflusses 'vird in diesem Fall durch Messung der Beweglichkeitsänderung gewährleistet. Einige Verfasser nennen dies die 'lichtelektrische Leitfähigkeit zweiter Gattung" oder durch "heisse Träger". Diese Art der licht elektrischen Leitfähigkeit, die nicht einer Erhöhung der Anzahl von Trägern entspricht, wurde bereits von zahlreichen Verfassern beobachtet, z.B. bsi InSb bei Fichtvorhandensein und Vorhandensein eines magnetischen Feldes (EM, PUTLEY. "Proceedings of the IEBE", November 1963, Seite 1412, und BESSON und PHILIPEAU, "önde Electrique», Heft 454, Januar 1965, Seite 107).
Es ist jedoch bemerkens-«ert, dass laut sämtlichen bis
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heute bekannten Veröffentlichungen als einziger übergang zwischen magnetischen Niveaus der herkömmliche Zyklotron-Übergang vom Niveau η = 0 auf das Niveau η = 1 verwendet wurde.
Das Vorhandensein von absorbierenden übergängen zwischen Landau-Niveaus eines gleichen Bandes bei Energie-Photonen ύω = ηίί ω , worin η ^ 1, kann sich auf die Extrinsic-Photoleitfähigkeit bei Halbleitern erstrecken, wobei das Ausgangsniveau nicht das Landau-Niveau η = C ist, sondern ein zugeordnetes Störstellen-llivoau. Die in diesem Pail beobachtete lichtelektrische Leitfähigkeit ist auf eine 'Änderung-dor Anzahl der freion Träger zurückzuführen und wurde bis heute nur zwischen den Landau-NiVü?.tis η = 0 und η = 1 (BHOWN und KIMlTT) zugeordneten Störstellon-Niveaus beobachtet.
Der erfindungsgemässe Demodulator ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass er die Demodulation einer monochromatischen Trägerwelle bei Durchtritt durch einen Kristall gewährleistet, der einem Magnetfeld in einem thermostatisch f geregelten, vorzugsweise bei niedriger Temperatur gehaltenem Gehäuse ausgesetzt ist, und zwar durch die Messung der Änderung der Beweglichkeit oder der Anzahl der freion Träger des Kristalls, die sich bei Tntraband-Ubergängen der Landau-Niveaus in der Grössenordnung von η ergibt, wobei η eine ganze Zahl von grosser als 1 darateilt.
Es sei vermerkt, dass die Intraband-Übergänge des Typs b gegenüber den Übergängen des Typs a (Zyklotron) den
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Vorteil der Abtastung eines breiteren Photonen-Spektrums bei einer gegebenen Änderung des Magnetfeldes bieten, sowie des Vorhandenseins von Magnetfeldürn geringerer Intensität zur Erzielung einer Absorption von Photonen erhöhter Energie.
Die Heranziehung von absorbierenden Intraband-Ubergangen zwischen den Landau-Niveaus in den erfindungsgemässen Vorrichtungen gestattet die Modulation und Demodulation einer durch einen Kristall hindurchlaufenden elektromagnetischen Welle. Die aufgrund der Erfindung erzielte Modulation und Demodulation bietet den Vorteil, dass sie selektiv, abstimmbar über einen grossen Bereich von Wellenlängen und mit niedrigen Rauschpegel erfolgen kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus folgender eingehender Beschreibung.
Zum besseren Verständnis beziehe man sich auf die Zeichnung, deren Fig. 2 und 3 schematische Schnitte sind und beispielsweise eine besondere Ausführungsart eines erfindungsgemässen Modulators und Demodulators darstellen. Pig« 4- bis zeigen schematisch die Steuereinrichtungen des Modulators.
Der erfindungsgemässe Modulator umfasst eine vorzugsweise monochromatische elektromagnetische Strahlungsquelle 1, ein thermisch isoliertes Gehäuse 2 mit einer Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eine vorzugsweise relativ niedrigen konstanten !Temperatur im Inneren des Gehäuses, eine Vorrichtung 3a-3b zur Schaffung eines intensiven Magnetfeldes, einen halbleitenden oder halbmetallischen Kristall 6, der in
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einem Magnetfeld im Inneren des Gehäuses untergebracht ist, sowie eine Vorrichtung zur Modulation der Absorption dieser monochromatischen Welle im Kristall. Bei der monochromatischen Strahlungsquelle kann es sich um eine beliebige handeln. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsart besteht diese Strahlungsquelle 1 aus einem Laser, der eine kohärente monochromatische Strahlung aussendet. Die Kohärent des Strahlenbündels ist jedoch nicht eine notwendige Voraussetzung, und es kann in Abweichung hiervon eine beliebige lichtquelle verwendet werden, der Fokussierungs- und Filtermittel zugeordnet sind, mit denen ein Strahlenbündel einer ausreichend schmalen !Frequenzbreite erzielt werden kann.
Bei dem Isoliergehäuse 2 kann es sich um ein beliebiges, in der Kältetechnik bekanntes Gehäuse handeln., Dieses muss ein Thermostat aufweisen, mit dem xm Inneren des Gehäuses eine im wesentlichen konstant© Temperatur erzielt wird. Obwohl absorbierende Übergänge bei Umgebungstemperatur beobachtet werden, wird in der Praxis die Modulation um so besser erfolgen, je niedriger die Temperatur i3t. Is kann erforderlich sein, mit niedriger oder sogar mit sehr niedriger Temperatur zu arbeiten, wobei der Temperatarwert und der Wert des Magnetfeldes im wesentlichen von der Art des verwendeten Kristalls und der Trägerfrequenz abhängen.
Bs kann ferner erforderlich sein, im Vakuum oder in Gas-Atmosphäre oder mit bestimmten Stoffen zu arbeiten, die bei gegebener Trägerfrequenz und im Gehäuse herrschender
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Betriebstemperatur keine Absorption aufweisen. Dieses Gehäuse muss somit vorzugsweise flüssigkoits- und gasdicht sein; es kann aus Metall oder Glas hergestellt und gegebenenfalls unter Verwendung eines synüietisehen Materials oder einer Kombination dieses Materials mit Metall oder Glas gefertigt werden.
Das Gehäuse 2 hat zwei Fenster I1 und F_, welche die Trägerwelle hindurchlassen. Vorteilhafterweise besitzen diese Fenster· in bestimmton Fällen entsprechend den Anforderrungen mehr oder weniger selektive Filtermittel. Bei einem Modulator, der mit niedriger oder sehr niedriger Temperatur arbeitet, können störende Strahlungen, beispielsweise ausserhalb des Gehäuses vorhandene oder durch das Fenster ausgesandte Strahlungen, beträchtliche Störungen hervorrufen, die eine einwandfreie Modulation der Trägerwelle behindsrn. In diesem Fall ist jedes Fenster mit Eingangsfiltern (auf der Aussenseite des Fensters) au versehen, um die Strahlung von ausserhalb des Gehäuses liegenden Körpern zu vermeiden, oder mit einer doppelten Wand auszustatten, doren Aussenwand an Umgebungstemperatur liegt und deren Innenwand eine niedrige Temperatur aufweist^ ferner ist ein Ausgangsfilter (auf der Innenseite des Fensters) zur Unterdrückung der Stj'ahlung durch die Aussenwand vorzusehen.
Tie Vorrichtung zur Erzeugung eines intensiven Magnetfeldes kann einen Elektromagneten mit echematisch. durch 3&-3b bezeichneten Polschuhen aufweisen» Dieser Elektromagnet kann ferner mit einer aus einen gewöhnlichen, leitenden Material
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hergestellten Wicklung ausgerüstet werden? "bei einer anderen Au8führung3art wird der Elektromagnet durch eine supraleitende Wicklung ersetzt. Bai supraleitenden Wicklungen kann die Kühlvorrichtung dee Gehäuses mit der Kühlvorrichtung der Wicklungen verbunden werden»
Die Wicklung 3&-3b kann über einen Generator 5 mit Strom versorgt werden; bei diesem handelt es sich im allgemeinen um einen Gleichstromgenerator. Es kann jedoch auch ein \
Generator verwendet werden, dessen Strom durch einen Modulations-Signal-Generator moduliert wird.
Der Kristall 6 wird im Inneren des Gehäuses 2 von einem Träger bekannter Art gehalten. Dieser Kristall 6 ist in der Regel halbleitend odor halbmetallisch, durchlässig ohne Magnetfeld bei der Frequenz des zu modulierenden Strahlenbündels. Dieser Kristall ist vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt ein Einkristall wie Ihdium-Antimonid dor Leitfähigkeit N, der den Vorteil bietet, eine relativ schwache wirk- i same Masse von Elektronen und ein nicht parabolisches Leitungsband aufzuweisen, wodurch ohne weiteres Übergänge des obengenannten zweiten Typs erzielt werden. Es können andere Stoffe verwendet werden, z.B. Indium-Arsenid, Cadmium-Tellurid, Verbindungen wie CdTeHgTe oder Elemente wie Antimon, Wismuth, Arsen oder ganz allgemein Elemente und Verbindungen der Elemente der Gruppen II, III» IV, V und VI des Periodischen Systems nach Mendelejew.
Bei einer ersten ÄusfÜhrungsart besteht die Vorrichtung
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zur Modulation der Energieverteilung der freien ladungsträger aus einem Erzeuger eines äusseren elektrischen Feldes, z.B. aus den Elektroden 10 und 10·, die zu beiden Seiten des Kristalls angeordnet sind und Ohmsche Kontakten bilden, welche mit einer Modulations-Spannungsquelle verbunden sind (Pig. 4).
Nach einer anderen Ausführungsart wird ein inneres elektrisches Feld an den Kristall über einen Solenoid 11 angelegt, der den Kristall umgibt, wobei das durch den Solenoid erzeugte veränderliche Magnetfeld im Inneren des Kristalls einen Strom induziert (Fig. 5).
Ein anderes Ausführungsbeispiel (Fig. 6) zeigt als Vorrichtung zur Modulation der Intensität des elektromagnetischen Wellenbündels einen Stromgenerator 4, der an den Elektroden 12-12* liegt, die einem Kristall 6 zugeordnet sind; eine dieser Elektroden ist so ausgebildet, dass sie einen Emitter darstellt, welcher freie Ladungsträger in den Kristall injiziert.
Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 7) wird die Injektion der freien Ladungsträger zur Erzielung der Modulation des Strahlenbündels mit einer Schicht 6' eines Halbleiters erzielt, deren Leitfähigkeit derjenigen des Kristalls 6 entgegengesetzt ist und die somit einen PN-Übergang bildet.
Bei einer anderen Ausführungsart erfolgt die Änderung der Anzahl der freien Ladungsträger durch Anlage eines ausreichend starken elektrischen Feldes zur Schaffung der Stoss-Ionisation
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Λ*
von einem entsprechenden Störstellenniveau aus.
Bei einer anderen nicht dargestellten Aueführungsart "besteht die Vorrichtung zur Modulation des durch den Kristall gelangenden Strahlenbündeis aus einer Lichtstrahlen-Quelle, die infolge lichtelektrischen Effekts auf den Kristall einwirkt.
Bei den vier zuletzt genannten Ausführungsarten erfolgt die Modulation der elektromagnetischen Wellen durch Modulation der Anzahl der freien Ladungsträger.
Der.erfindungsgemässe Modulator arbeitet wie folgt :
Die Strahlungsquelle 1 sendet das zu modulierende Strahlenbündel der Frequenz ω aus. Dieses gelangt durch das Fenster F1 und den Kristall 6 und tritt durch das Fenster F? aus«
Das Vorhandensein des Magnetfeldes im Inneren des Gehäuses 2 "bewirkt, dass der Kristall 6 die Photonen mit der Frequenz :
η ω = n.e.B. absorbiert, worin m*gleich der wirksamen
a*
Masse der freien Ladungsträger ist, die im Band die absorbierenden Übergänge ausführen.
Jedesmal, wenn ω = η ω ist. wird also ein Teil der
7 ο c '
Photonen des einfallenden Strahlenbündels absorbiert und die Amplitude des durch F„ austretenden Strahlenbündels verringert.
Die Änderung der Selektiv-Absatption des Kristalls 6 kann entweder durch Resonanz-Frequenz-Drift oder Modulation
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der Selektivität der Absorption arreieht werden.
Der Drift der Absorptionskurve, d.h. die Modulation der Hesonanz-Frequenz ω , erfolgt durch Modulation der Intensität des Magnetfeldes, dem der Kristall ausgesetzt ist, z.B. durch Modulation der Stromstärke des Generators 5.
Diese Betriebsweise hat einige Nachteile insofern, als es schwierig ist, den vom Generator 5 gelieferten, relativ starken Strom zu modulieren und die erzielte Frequenz-Modulation praktisch nicht sehr hoch ist.
Die Modulation der Selektivität der Jlbsorption kann durch Einwirkung auf die anderen Parameter erzielt werden, hauptsächlich durch Itnderung der elektronischen Temperatur ("Erwärmung" der Energie-Verteilung) oder durch llnderung der Anzahl der freien Ladungsträger ohne llnderung der Energieverteilung.
Durch Anlage eines äusseren elektrischen Feldes an den Kristall werden die freien Ladungsträger "erwärmt". Hierzu wird eine Modulations-Spannungsquelle an die Elektroden angeschlossen, welche die obengenannten Ohmschen Kontakte darstellen. Diese Modulations-Spannungsquelle kann ferner an die Klemmen eines den Kristall umgebenden Solenoids angeschlossen werden. Der in der Masse des Kristalls induzierte Strom erzeugt sodann ein elektrisches Feld, das die "Erwärmung" der "ükiergieverteilung hervorruft.
Bei Anlage eines äusseren elektrischen Feldes steht die der Modulation mit der Relaxations ze it der
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BAD ORIGINAL' '
/9Ϊ
Ladungsträger in einen "bestimmten Energie zu stand in Beziehung. Bei vielen Elementen, hauptsächlich polaren Verbindungen wie Indium-Antimonid (InSb), ist die Relaxationszeit aufgrund der Kopplung der Ladungsträger mit den Lichtquanten äusserst
-10
kurz und geringer als 10 Sekunden.
Bei einer anderen Betriebsweise wird die Amplituden-Modulation des durch den Kristall hindurchgehenden Strahlonbündels durch Modulation äei- Selektivität der Absorption f infolge Modulation der Ansah! der freien Ladungsträger im ursprünglichen Energie zu st and, d.h. durch künstliclio .Schaffung von Elöktron-Loeh-Paaren, erzielt.
Die Änderung der Anzahl der Elektron-Loch-Paare kann durch elektrische Injektion von Ladungsträgern durch entsprechundo Verbindung dv.r Elektroden 12-12' (Fig. 6) auf dem Kristall mit einer -Stromquelle erzielt werden, dio den Modulationsstroin liefert. Ein ähnlicher Betrieb wird bei einem PN-Übergang erzielt (Fig. 7, im Kristall 6). ([
Bei der zuletzt genannten Betriebsweise ist dio Schnelligkeit der Modulation unmittelbar abhängig von der Lebensdauer der Ladungsträger in dem botreffenden Band. Bei Halbleitern mit einer sogenannten "direkten" Bandstruktur, d.h. bei denen das Minimum des Leitungsbandes und das Maximum des Leitungsbsai.Q3 einea gleichen Wert des Dellen-Vektors entsprechen, kann die Lebensdauer sehr kurz sein, was eine Modulation bei sehr hoher Frequenz gestattet.
Die Erfindung betrifft ferner einen Demodulator mit
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dem die Demodulation der Amplituden-Mo dulation eines elektrö~ magnetischen Strahlenbünd"els möglich ist.
Im Prinzip kann die Demodulations-Vorrichtung mit der Modulations-Vorrichtung identisch sein, d.h. sie kann mit einem Kristall 6' ausgerüstet sein, welcher mit demjenigen des zugehörigen Modulators und der Gruppe der oben definierten Kristalle identisch ist, deren Verwendung in diesem Modulator möglich ist, welcher im Isolier-Gehäuse 2· untergebracht ist, das Vorrichtungen aufweist, um im Inneren desselben eine konstante Temperatur sowie ein Magnetfeld mit optimalen Werten zur Beobachtung und Messung der Absorption durch Intraband-Übergänge zu erzeugen.
Der Demodulator braucht jedoch nur ein Fenster F' aufzuweisen, welches das durch die Frequenz ω modulierte monochromatische Bündel der Frequenz ω hindurchlässt.
Zur Erzielung des optimalen Signal-Rausch-Verhältnisses wird das thermostatisch geregelte Gehäuse 21 vorzugsweise büi tiefer Temperatur gehalten. Hierzu werden zweckmässigerwoise zwei Filterfenster, d.h. ein kaltes und ein v/armes, verwendet, wie sie beim Modulator beschrieben wurden.
Erfindungsgemäss erfolgt die Demodulation der Modulation ■ durch Messung der Beweglichkeit der freien Ladungsträger im Kristall.
Bekanntlich drückt sich die Absorption eines Photons durch Erregung eines freien Ladungsträgers aus, der vom Basis-Nivoau auf ein höheres Energie-Niveau übergeht, bei dem
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seine Beweglichkeit unterschiedlich ist. Die Absorption eines "bei der Frequenz ω modulierten Photonenflusses "bewirkt die Modulation der Beweglichkeit der freien Ladungsträger des Kristalls, d.h. die Modulation der elektrischen Leitfähigkeit desselben. Diese Leitfähigkeit kann mit einem beliebigen Gerät gemessen werden, das Elektroden 7 und 7' besitzt, die auf dem Kristall 6' angeordnet sind und am Eingang einer Messbrücke 8 liegen; das Ausgangssignal wird auf herkömmliche Weise im Verstärker 9 verstärkt. Der Kristall 6' kann gleich ä dem Kristall 6 des Modulators sein, oder aber es wird ein anderer Kristall aus der obengenannten Gruppe von Kristallen gewählt.
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Claims (19)

Patentansprüche:
1.) Vorrichtung zur Modulation eines monochromatischen Lichtstrahlbündels, dadurch gekennzeichnet, dass sie Einrichtungen aufweist, die das Strahlenbündel durch einen Kristall (6) hindurchleiten, welcher zur Gruppe der halbleitenden oder halbmetallischen Kristalle gehört und in einem Gehäuse (2) untergebracht ist, das Einrichtungen aufweist, welche die Temperatur niedrig und konstant halten, sowie mit einer Einrichtung (3a, 3b) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Inneren des Gehäuses (2) und mit einer Einrichtung (61, 10, 10', 11, 12, 12f) ausgerüstet ist, welche bei den freien Ladungsträgern des Kristalls (6) absorbierende Übergänge zwischen den sogenannten Landau-Energie-Niveaus erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der absorbierenden übergänge durch die freien Ladungsträger eine Einrichtung (10, 10', 11) zur Änderung der Energie-Verteilungs-Kurve der freien Ladungsträger durch Anlage eines elektrischen Feldes an den Kristall (6) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage des elektrischen Feldes durch Kondensator-Platten (10, 10') erfolgt, die zu beiden Seiten des Kristalls (6) angeordnet sind.
4* Vorrichtungmch Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage des elektrischen Feldes durch Induktion erfolgt, die ein um den Kristall (6) angeordneter Solenoid (11) erzeugt.
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5. Vorrichtug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der absorbierenden Übergänge durch die freien Ladungsträger des Kristalls (6) eine Einrichtung (61, 12, 12') zur Änderung der Anzahl der freien Ladungsträger aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zur Bestrahlung des Kristalls mit elektromagnetischen Strahlen aufweist, durch welche die An- ä zahl der freien Ladungsträger des Kristalls infolge lichtelektrischen Effekts geändert wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Änderung der Anzahl der freien Ladungsträger einen Emitter (12'j 6', Fig. 7) aufweist, der aus einem PN-Übergang besteht, welcher dem Kristall (6) zugeordnet und an eine Modulationsstromquelle (4) angeschlossen ist.
b. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Änderung der Anzahl der freien Ladungs- i träger aus zwei Elektroden (12, 12') besteht, deren eine als Injektions-Elektrode ausgebildet ist, wobei die Elektroden zu beiden Seiten des Kristalls (6) angeordnet und mit den Klemmen einer Modulationsstromquelle (4) Terbunden sind,
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichßt, dass die Einrichtung sur Änderung der Anzahl der freien Ladungsträger des Kristalls einen Erzeuger eines elektrischen Feldes aufweist, der die Ladungsträger durch Stoss-Ionisation erzeuge,
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10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall (6) zur Gruppe Indium-Arsenid, Cadmium-Tellurid, Antimon und Wismut gehört.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Elektromagnet (3a, 3b) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes eine supraleitende Wicklung ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitende Wicklung Kühlmittel aufweist, welche der Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer niedrigen, konstanten l'emperatur zugeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse Fenster (F-j, F2) für den Eintritt und Austritt des Strahlenbündels aufweist, die einem Selektiv-Filter zugeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der absorbierenden Übergänge durch die freien Ladungsträger zwischen den Landau-Niveaus eine Einrichtung (5, 3a, 3b) zur Modulation des im Inneren des Gehäuses (2) erzeugten Magnetfeldes aufweist.
16. Verfahren zur Modulation einer elektromagnetischen Licht frequenz-i'rägerwelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Gruppe der halbleitenden oder halbmetallischen Kristalle
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gehörender Kristall (6), welcher bei Nichtvorhandensein eines Magnetfeldes die Trägerwelle hindurchlässt, in einem Magnetfeld (3a - 3b) angeordnet ist und bei tiefer Temperatur gehalten wird, und dass die Selektariv-Absorptionskurve entsprechend den Intraband-Übergangen zwischen den Landau-Niveaus durch Modulation des Magnetfeldes geändert wird.
17. Verfahren zur Modulation einer elektromagnetischen
Lichtfrequenz-Trägerwelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein | zur Gruppe der halbleitenden und halbmetallischen Kristalle gehörender Kristall (6), welcher bei Nichtvorhandensein eines Magnetfeldes die Trägerwelle hindurchlässt, in einem Magnetfeld (3a - 3b) angeordnet ist und bei tiefer Temperatur gehalten wird, und dass die Absorptions-Kurve des Kristalls geändert wird, indem Selektiv-Absorptions-Spitzen entsprechend den Intraband-Übergangen zwischen den Landau-Niveaus erzeugt werden, wobei die Änderung der Absorptions-Kurve durch Modulation der freien Ladungsträger des Kristalls erzielt wird.
18. Verfahren zur Modulation einer elektromagnetischen Lichtfrequenz-Trägerwelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Gruppe der halbleitenden und halbmetallischen Kristalle gehörender Kristall (6), welcher bei Nichtvorhandensein eines Magnetfeldes die Trägerwelle hindurchlässt, in einem Magnetfeld (3a - 3b) angeordnet ist und bei tiefer Temperatur gehalten wird, und dass die Absorptions-Kurve des Kristalls
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geändert wird, indem Selektiv-Absorptions-Spitzen entsprechend den Intraband-tibergängen zwischen den Landau-Niveaus erzeugt werden, wobei die Änderung der Absorptions-Kurve durch Modulation der Form der Energie-Verteilungs-Kurven der freien Ladungsträger des Kristalls erzielt wird.
19. Anlage zur Informationsübertragung durch moduliertes, monochromatisches Lichtstrahlbündel, mit einem Modulator und einem Demodulator, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (Fig. 2) eine Einrichtung aufweist, die das Lichtstrahlbündel durch einen Kristall (6) leitet, der zur Gruppe der halbleitenden und halbmetallischen Kristalle gehört und im Inneren eines Gehäuses (2) angeordnet ist, das Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer niedrigen, konstanten iemperatur aufweist, sowie mit einer Einrichtung (3a, 3b) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Inneren des Gehäuses (2) und mit einer Einrichtung (61, 10, 10', 11, 12, 12') ausgerüstet ist, die bei den freien Ladungsträgern des Kristalles (6) absorbierende Übergänge zwischen den Landau-Energie-Niveaus erzeugt, und daß der Demodulator (Fig. 3) zur Demodulation der Modulation des aus dem Modulator austretenden Lichtstrahlbündels ausgelegt ist und einen zur Gruppe der halbmetallischen Kristalle gehörenden, in einem Gehäuse untergebrachten Kristall (61) aufweist, sowie mit einer Einrichtung (3a1, 3b1) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im inneren des Gehäuses, mit einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer konstanten niedrigen Temperatur im Gehäuse
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und mit einer Einrichtung (71, 7t 8) zur Messung der Änderung des elektrischen Widerstandes im Kristall (61) aufgrund der freien Ladungsträger ausgerüstet ist, die zwischen den durch eine Energie nfitoc getrennten Landau-Niveaus Intraband-Übergangen ausgesetzt sind, wobei η eine Zahl von grosser als 1fo>c die Zyklotron-Frequenz und ή die durch 2κ geteilte Plancksche Konstante darstellen, und die Messung der Änderung des Widerstandes das demodulierte Signal liefert.
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