DE1764345A1 - Optischer Sender oder Verstaerker (Laser) - Google Patents

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated P. W. Smith

New York, N.Y., 10007, USA

Optischer Sender oder Verstärker (Laser) Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung W 44 026 VIIIc/21g)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung des einfrequenten optischen Senders oder Verstärkers mit interner Eigensphwingungsauswahl nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung W 44 026 VIIIc / 21 g).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Resonator für optische Sender oder Verstärker zu schaffen, der ein Eigenschwingungssystem besitzt, bei welchem nur eine einzige von einer Mehrzahl Eigenschwingungen des das stimulierbare Medium enthaltenden Resonators bevorzugt angeregt wird. Insbesondere ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, den optischen Sender oder Verstärker auf eine einzige, bevorzugte Eigenschwingungsfrequenz zu stabilisieren, die föf frei von Änderungen ist, die infolge von Änderungen der Speisespannungen oder der Verstärkungskennlinie des stimulierbaren Meduims ist.

Bei der Anordnung nach dem Hauptpatent verursachen, wenn die zum Verbraucher abgelenkte Leistung ein Maximum ist, kleine Frequenzänderungen entsprechend kleine Änderungen der Aus-

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gangsleistung. Jedoch sind diese kleinen Änderungen von beachtlich größeren Änderungen des Leistungspegels im Primärresonator begleitet, der überwacht wird. Die Frequenz des optischen Senders oder Verstärkers wird stabilisiert auf eine Resonanzstelle des Sekundärrssonators durch Erzeugen eines Fehlersignale, und zwar ansprechend auf durch Frequenzänderungen induzierte Leistungspegeländerungen des Primärresonators·

Es ist jedoch einleuchtend, daß Schwankungen anderer Parameter, wie SpeisespannungsSchwankungen oder Schwankungen des stimulierbaren Mediums, in ähnlicherweise Leistungspegeländerungen verursachen können, und daß diese Änderungen gänzlich ohne Beziehung zur Resonanzfrequenz des Resonators sein können. Um die Resonator-Resonanz, ansprechend auf solche Änderungen in mit der Frequenz in keinem Zusammenhang stehenden Phänomene zu "korrigieren", müßten unerwünschte Frequenzverschiebungen eingeführt werden. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, derartige störende Frequenzabweichungen zu eliminieren. Nach der Erfindung wird dies bewerkstelligt durch Normieren des überwachten Primärresonator-Leistungspegels mit Bezug auf den überwachten Leistungspegel, der zum Verbraucher hin abgelenkt wird. Auf diese Weise werden mit der Frequenz in keinem Zusammenhang stehende Leistungspegeländerungen vor

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einer Fehlersignalerzeugung neutralisiert.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen stabilisierten einfrequenten optischen Sender oder Verstärker, bei dem eine Normierung der Leistungspegel vor der Fehlersignalerzeugung bewirkt wird. Die Grundanordnung der Zeichnung ist ähnlich der Anordnung nach Fig. 1 des Hauptpatents. Da die allgemeine Wirkungsweise, ausgenommen die Signalnormierung nach der vorliegenden Erfindung, ähnlich der der optischen Verstärker« oder Senderanordnung nach dem Hauptpatent ist, wird nachstehend nur eine kurze, allgemeine Beschreibung dieser Wirkungsweise wiedergegeben.

Der in der Zeichnung dargestellte stabilisierte optische Sender oder Verstärker 50 weist ein stimulierbares Medium innerhalb einer eigenschwingungsauswählenden Anordnung auf, die aus einem primären und einem sekundären Resonator aufgebaut ist. Ein Paar im axialen Abstand voneinander angeordneter paraüLeler Reflektoren 11, 12 definieren die Enden des Primärresonators, der eine Länge von Ll + L2 besitzt. Wie bei der Anordnung nach dem Hauptpatent können die Oberflächen der Reflektoren metjfalliche Schichten oder eine Vielzahl dielektrischer Schichten aufweisen.

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Ein dritter Reflektor 14, dessen Normale als senkrecht zur Achse 15 des Primärresonators stehend dargestellt ist, liegt einer Strahl- oder Energieteilervorrichtung 13 gegenüber. Hierdurch entsteht ein Sekundärresonator, der von den Reflektoren 12 und 14 begrenzt ist und die Länge L2 + L3 besitzt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, den Energieteüer 13 unter dem Brewster*chen Winkel anzuordnen, wobei dann der Reflektor 14 so zu orientieren seinji würde, daß er zur abgezweigten Energie senkrecht steht und ferner so, daß der Sekundärresonator weiterhin resonannte Struktur zeigt. Die Krümmungen sowie andere physikalische Eigenschaften entsprechen den im Hauptpatent beschriebenen, sie sind aber zur Beschreibung der Signalnormierung nicht wesentlich. Der Strahlteiler 30 kann unter 45 zur Achse 14 angeordnet werden, um gleiche Leistungsaufteilung der einfallenden Energie zu erhalten. Andere Unterteilungsverhältnisse sowie andere Anordnungen können gleichfalls verwendet werden.

Das stimulierbare Medium, das in der Zeichnung als ein Gas oder eine Gasmischung dargestellt ist, liegt in der Achse 15 zwischen dem Reflektor 11 und Strahlteiler 13. Das stimulierbare Medium ist innerhalb eines Rohres 16 untergebracht, dessen Strinflächen 17, 18 im wesentlichen unter dem Brewster'chen Winkel gegenüber dem längs der Achse 15 verlaufenden Energiestrahl ge-

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neigt sind. Das stimulierbare Gasmedium kann beispielsweise eine Helium/Neon-Mischung sein, die durch eine Hochfrequenzquelle 19 über das Rohr 16 e/ji^ einfließende Bandleiter 20 angeregt wird. Es versteht sich, daß auch flüssige oder Feste stimulierbare Medien, ebenso auch andere gasförmige Medien verwendet werden können. Des weiteren kann die dargestellte Anregungseinrichtung auch eine gleichstrombetriebene Anregungseinrichtung sein, wenn dies gewünscht ist.

Der Reflektor 14ist auf einem Grundglied 20 montiert. Letzteres kann aus piezoelektrischen Material bestehen, dessen Abmessungen innerhalb eines bestimmten Bereichs durch Anlegen einer von einer Quelle 22 herrührenden Abstimmspannung steuerbar sind. Auf diese Weise kann die Resonanzfrequenz des Sekundärresonators der Länge L2 + L3 durch die Größe der angelegten Abstimmspannung gesteuert werden.

Der Reflektor 11 ist auf einem piezoelektrischen Grundglied 23 montiert, dem eine Spannung von einem Gleichstrom-Differenzverstärker 51 über ein Tiefpaßfilter 52 zugeführt werden kann. Die dem piezoelektrischen 23 zugeführte Spannung wird durch einen Vergleich des Leistungspegels P2, der an einem Fotodetektor 26 gemessen wird, mit einer festen Bezugsspannung erzeugt. P2 ist daher proportional zum Leistttngspegel innerhalb des Primär-

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resonators. Wie im Hauptpatent erläutert« stehen die Änderungen des Pegels P2 in Beziehung mit Änderungen der Frequenz der Energie innerhalb des Resonators. Daher werden nach dem Hauptpatent die festgestellten Änderungen von P2 als Anfceige für eine Frequenzabweichung vom gewünschten einfrequenten Ausgang gewertet, und es wird eine Fehlerspannung zur Korrektur der offenbaren Frequenzabweichung zugeführt.

In gewissen Situationen rühren jedoch Änderungen des Pegels P2 nicht von Frequenzabweichungen her. So kann sich beispielsweise die Höhe der von der Quelle 19 gelieferten Anregungsenergie ändern, was zu einer entsprechenden Änderung im erzeugten Leistungspegel des optischen Senders oder Verstärkers führt, obgleich sich die Frequenz überhaupt nicht geändert hat. In ähnlicher Weise können Temperaturänderungen und Lufströmungen in der Nachbarschaft des Resonators des optischen Senders oder Verstärkers Leistungspegeländerungen verursachen, die nicht notwendigerweise mit Frequenzabweichungen einhergehen.

Die dargestellte Anordnung vermeidet nun die fälschliche Fehlersignalerzeugung als Folge dieser, mit der Frequenz in keinem Zusammenhang stehenden Änderungen dadurch, daß der Leistungspegel P2 mit dem zum Verbraucher 34 gerichteten Leistungspege! Pl verglichen wird. Dieser Vergleich, sowie die begleitende Nor-

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mierung, eliminiert unnötige und unerwünschte Frequenzeinstellungen, die sonst eingeführt würden. Der Normierungsprozeß eliminiert diese Fehler, weil ein Abfall des Leistungspegels P2 infolge einer Änderung der Verstärkung oder Dämpfung im Resonator von einem proportionalen Abfall des Leistungspegels Pl begleitet sein wird. Durch Überwachen von Pl und durch Teilen von P2 durch Pl vor einer Erzeugung der Fehlerspannung werden nur fflequenzabhängige Änderungen von P2, für die der Abfall von Pl nicht proportional ist, eine Korrekturspannung erzeugen.

Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung des Gegenstands des Hauptpatents beruht auf dem Hinzufügen des teildurchlässigen Reflektors 53, eine Fotodetektors 54, zweier log-Umsetzer 55, 56, eines Addierers 57 und eines anti-log-Umsetzers 58.

In der Zeichnung ist also ein Strahlteiler 53 im Strahlengang von Pl angeordnet. Dieser Strahlenteiler, der eune teildurchlässige Platte sein kann, läßt den größeren Teil der einfallenden Leistung Pl durch und reflektiert einen kleinen Teil derselben zum Fotodetektor 54. Die von den Fo to detektoren 54 und 26 erzeugten Spannungen werden den log-Umsetzern 55 bzw. 56 zugeführt, deren Ausgangssignale im Addierer 57 kombiniert werden. Das Aus gangs signal des Umsetzers 55 wird im negativen gehalten, daher kann die resultierende Wirkung des Afldierers 57 ausge-

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drückt werden durch log P2 - log Pl, das einer Teilung von P2 durch P2 entspricht. Das Ausgangssignal des Addierers 57 wird ein Spannungssignal einer Größe rückumgesetzt, die dem Quotienten P2/P1 entspricht. Dies geschieht im anti-log-Umsetzer 58. Das so erhaltene normierte Signal wird dann im Gleichstrom-Differenz verstärker 51 mit der Bezugs spannung 59 verglichen, und das resultierende Fehlersignal wird über das Filter 52 dem Grundglied 23 zugeführt. Die Gegenwart eines Fehlersignals zeigt dann eine Frequenzabweichung innerhalb der Resonatoranordnung an. Diese Normierungsprozedur eliminiert daher wirksam die Einflüsse derjenigen Leistungspegeländerungen im optischen Sender oder Verstärker, welche mit der Frequenz nicht in Beziehung stehen.

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Claims (2)

l 9 PATENTANSPRÜCHE

1. Einfrequenter optischer Sender oder Verstärker mit

einem optischen Primärresonator, der zwei senkrecht zur Resonatorachse (15) orientierte einander gegenüberstehende Reflektoren (11, 12) aufweist, einem im Primärresonator liegenden stimulierbaren Medium (16), dessen Verstärkungskennlinie sich über eine Mehrzahl Frequenzen einschließlich der gewünschten Ausgangsfrequenz erstreckt, bei denen der Primärresonator resonannt ist, einem in der Resonatorachse

(15) und zwischen den beiden Reflektoren (11, 12) liegenden Strahlteiler (13), der so orientiert ist, daß ein Teil der vom einen Reflektor (12) aus in Richtung des stimulierbaren Mediums

(16) laufenden Strahlungsenergie aus dem Primäresonator abgezweigt wird, und einem dritten Reflektor (14), der außerhalb des Primärresonators und senkrecht zur Richtung (32) der abgezweigten Strahlungsenergie angeordnet ist, wobei der dritte Reflektor (14) über den Strahlteiler (13) mit dem einen Reflektor (12) einen Hilfs- oder Sekundärresonator bildet, der auf Resonanz bei der gewünschten Ausgangsfrequenz abgestimmt ist, wobei ferner eine Abtasteinrichtung (26) zum Abtasten des Strahlungsenergiepegels (P2) im Primärresonator (11, 12) vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung (51) zum Ableiten eines Fehlersignals anhand eines Vergleichs des abgetasteten Strahlungsenergiepegels (P2) mit einem Bezugswert (59), und wobei das Fehlersignal zur

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Lagesteuerung des anderen Reflektors (11) des Primärresonators (11, 12) vorgesehen ist, nach Patent ... (Patentanmeldung W 44 026 VIII c / 21 g),

dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsenergiepegel (P2) innerhalb des Primärresonators (11, 12) auf den Pegel (Pl) der längs der Achse (15) vom Medium (16) zu dem einen Reflektor (12) laufenden und aus dem Primärresonator (11, 12) durch den Strahl« teiler (13) abgezweigten Strahlungsenergie normiert wird.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungs energiepegel (P2) innerhalb des Primärresonators auf den abgezweigten Strahlungsenergiepegel (Pl) durch Subtrahieren des Logarithmus des letzteren vom Logarithmus des ersteren normiert wird.

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ORIGINAL INSPECTED