DE1942319A1

DE1942319A1 - Optical transmitter with folded radiation path

Info

Publication number: DE1942319A1
Application number: DE19691942319
Authority: DE
Inventors: Benson Robert C; Hill Lowell W
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-08-20
Publication date: 1970-06-11

Description

Optischer Sender mit gefaltetem Strahlungsweg Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender mit einer im optischen Resonator vorgesehenen Reflektoranordnung zur Faltung des Strahlungsweges. Folded Path Optical Transmitter The invention relates to on an optical transmitter with a reflector arrangement provided in the optical resonator for folding the radiation path.

In der Technik der optischen Sender bildeten der ungenügende Gewinn (ungenügende Verstärkung), eine übermäßige Strahldivergenz und die UngleichCörmigkeit der Strahlform im Nah- und FernSeld stets die Hauptprobleme.In technology of optical transmitters they made insufficient profit (insufficient gain), excessive beam divergence and irregularity the beam shape in the near and far field is always the main problem.

Weiterhin ergaben sich im speziellen Bereich der Q-Schaltung zusätzliche Probleme bezüglich der geringen Schaltgeschwindigkeit und der dadurch bedingten Impulse relativ langer I)auer.Furthermore, there were additional ones in the special area of the Q-shift Problems related to the slow switching speed and the thereby conditional impulses relatively long I) except.

Eine gegenwärtig gern benutzte Technik zur Erhöhung des Gewinns eines optischen Senders ohne'die Zuhilfenahme aktiver Medien sehr großer Länge ist die Falttechnik, bei der eine Anzahl aktiver optischer Medien auf zugeordnete Faltspiegelanordnungen ausgerichtet werden, um einen gefalteten Rückkopplungspfad zu bilden, der jedes dieser aktiven Medien durchläuft. Ob wohl der Gewinn dieses Systems erhöht ist, erhöhen sich die Ausrichtungsschwierigkeiten sehr schnell mit jeder Faltung. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit solcher Systeme wegen der Ausrichtungsfehler nicht gut, die bereits durch kleinste Relativbewegungen zwischen den verschiedenen Elementen bedingt sind. Weiterhin ist die Anregung Jedes der aktiven Elemente sehr umständlich und kompliziert.A currently popular technique for increasing the profit of a optical transmitter without the aid of active media of very great length is the Folding technique in which a number of active optical media are assigned to folding mirror arrangements aligned to form a folded feedback path that traverses each this active media passes through. Although the profit of this system is increased, alignment difficulties increase very quickly with each fold. Farther the reliability of such systems is not good because of the misalignment, the smallest relative movements between the various elements are conditional. Furthermore, the excitation of each of the active elements is very cumbersome and complicated.

Es ist demnach ersichtlich, daß durch die beschriebene Technik Verbesserungen hinsichtlich des Gewinns und der Länge erzielt worden sind, daß Jedoch gleichzeitig andere Probleme auftreten, die in dem erhöhten Platzbedarf infolge der erhöhten Breite der Anordnung, der Notwendigkeit zusätzlicher Anregungsquellen, der Abnahme der Betriebssicherheit und erhöhten Schwierig keiten der Ausrichtung liegen.It can thus be seen that improvements can be made by the technique described in terms of gain and length have been achieved that, however, at the same time other problems arise in the increased space requirement as a result of the increased Width of the arrangement, the need for additional sources of excitation, the acceptance operational safety and increased difficulties in alignment.

Außerdem wurde dem Problem der Strahldivergenz, das vornehmlich durch außerhalb der Achse liegende Schwingungsmoden bedingt ist, nicht abgeholfen. Diese außerhalb der Achse liegenden Schwingungsmoden werden von Hohlraumresonanzen getragen und es ist die Anzahl der möglichen, außerhalb der Achse liegenden Schwingungsmoden, die eine erhöhte Strahldivergenz, breite Fernfelddiagramme und eine mangelnde Gleichförmigkeit bedingen, um so größer Je größer die Presnelzahl des Hohlraumes oder Resonators ist.In addition, the problem of beam divergence was primarily caused by vibration modes lying outside the axis is not remedied. These outside of The vibration modes lying on the axis are caused by cavity resonances carried and it is the number of possible, off-axis vibration modes, the increased beam divergence, wide far-field diagrams and a lack of uniformity the greater the Presnel number of the cavity or resonator is.

In dieser Hinsicht wurde festgestellt, daß die Tendenz der Unterdrückung außerhalb der Achse liegender Schwingungsmoden um 80 größer ist, Je ennger die Offnung oder die Querschnittsfläche des Rückkopplungspfades durch ein aktives Medium und je größer die effektive Länge des Rückkopplungspfades ist. Es kann, also durch Verminderung der Fresnelzahl die Anzahl der von der Achse abweichenden Moden vermindert und infolgedessen eine relativ kleine Strahldivergenz erzielt werden0 Obwohl bei der oben erwähnten Falttechnik die Pfadlänge vergrößert wird, wird die Öffnung bei der Falttechnik nicht gegenüber einem optischen Sender mit einem einzigen aktiven Element vermindert und es wird infolgedessen nicht die volle Verbesserung bezüglich des Problems der Strahldivergenz erzielt.In this regard, it was found that the tendency to oppression vibration modes lying outside the axis is 80 greater, the smaller the opening or the cross-sectional area of the feedback path through an active medium and the greater the effective length of the feedback path. It can, that is, by reducing it the Fresnel number reduces the number of modes deviating from the axis, and consequently a relatively small beam divergence can be achieved0 although with the one mentioned above Folding technique the path length is increased, the opening in the folding technique becomes not reduced compared to an optical transmitter with a single active element and as a result it will not be the full improvement on the problem of Beam divergence achieved.

Bin anderes Ziel, das in der Technik der optischen Sender zu erreichen versucht worden ist1 ist die Erzeugung von Lichtimpulsen hoher Intensität und kurzer Dauer, die die Vorteile einer geringen Strahldivergens, kleinen Fernfeldmustern, hoher Zuverlässigkeit und dergleichen haben. Bisher wurde dieses Ziel nicht erreicht. Die Impulsdauer wurde durch'die Technik des Q-Schaltens verbessert, Jedoch wurden die anderen, oben erwähnten Probleme nicht gelöst und in manchen Fällen noch verschlimmert. Weiterhin hat die Technik bisher einen zuverlässigen und einfach auf zubauenden und aus zurichtenden optischen Sender mit Q-Schaltung geschaffen, der eine ausreichende Schaltgeschwindigkeit aufweist und Impulse ausreichend kurzer dauer liefert, um vielen Anforderungen der heutigen, fortgeschrittenen Technologie zu genügen.I am another goal to achieve this in the technology of optical transmitters what has been attempted1 is the generation of light pulses of high intensity and shorter Duration that takes advantage of low beam divergence, small far-field patterns, high reliability and the like. So far this goal has not been achieved. the Pulse duration was improved by the technique of Q-switching, However, the other problems mentioned above have not been resolved and in some cases made worse. Furthermore, the technique has hitherto been reliable and simple created on to be built and from to be prepared optical transmitter with Q-circuit, which has a sufficient switching speed and pulses sufficiently shorter Permanently supplies to meet many requirements of today's advanced technology to suffice.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß ein gefalteter optischer Sender hoher Verstärkung, der nicht die Nachteile der bekannten optischen Sender aufweist, einen bedeutenden Fortschritt gegenüber dem Stande der Technik darstellen würde. Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, einen solchen optischen Sender zu schaffen.From the above it can be seen that a folded optical High gain transmitter that does not have the disadvantages of known optical transmitters represent a significant advance over the prior art would. The object of the invention is to provide such an optical transmitter to accomplish.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Strahldurchmesser in an sich bekannter Weise begrenzt ist und der Strahl das gleiche stimulierbare Medium mehrfach passiert.This object is achieved according to the invention in that the beam diameter is limited in a manner known per se and the beam is the same stimulable Medium happened several times.

Da bei dem erfindungsgemäßen optischen Sender der Strahl das gleiche stimulierbare Medium mehrfach passiert, sind die Schwierigkeiten vermieden, die sich hinsichtlich des Aufbaues und der Ausrichtung bei den bekannten gefalteten optischen Sendern ergeben, Trotzdem hat der erfindungsgemäße optische Sender eine sehr große Länge des Rückkopplungs- oder Regenerationspfades und zugleich einen begrenzten Strahldurchmesser, wodurch sich eine relativ kleine Strahldivergenz und eine gleichförmIgere Strahlgestalt ergibt. Endlich eignet sich der erfindungsgemdße optische Sender auch gut für eine Q-Schaltung und führt bei Verwendung von Q-Schaltano-rdnungen zu höheren Schaltgeschwindigkeiten und damit zu geringerenImpulsdauern,als es bisher möglich war.Since in the optical transmitter according to the invention, the beam is the same stimulable medium happened several times, the difficulties are avoided that in terms of structure and alignment in the known folded optical transmitters result, Nevertheless, the optical transmitter according to the invention has a very large length of the feedback or regeneration path and at the same time one limited beam diameter, resulting in a relatively small beam divergence and gives a more uniform beam shape. Finally, the one according to the invention is suitable Optical transmitters are also good for a Q-circuit and perform well when using Q-circuit configurations to higher switching speeds and thus to shorter pulse durations than before was possible.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein stimulierbares Medium in einem optischen Resonator angeordnet, der-wenigstens eine Spiegelanordnung zur Faltung des Strahlungsweges enthält. Das stimulierbare Medium wird von einer Anregungsquelle angeregt, die mit, dem stimulierbaren Medium gekoppelt ist. In dem optischen Resonator sind Strahlbegrenzungsmittel angeordnet, die eine Regeneration der stimulierten Lichtenergie im Resonator nur längs einer Anzahl vorbestimmter Wege zulassen. Weiterhin ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignales aus dem optischen Sender vorgesehen.In a preferred embodiment of the invention is a stimulable Medium arranged in an optical resonator, the-at least one mirror arrangement for folding the radiation path. The stimulable medium is from a Excitation source excited, which is coupled with the stimulable medium. By doing optical resonator, beam limiting means are arranged, which allow regeneration of the stimulated light energy in the resonator only along a number of predetermined ones Allow paths. Furthermore, there is an arrangement for generating an output signal provided from the optical transmitter.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele naher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich' oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten optischen Senders mit einfachem Strahlungsweg, Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem einzigen Ausgangsstrahl Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren gefalteten optischen Senders nach der Erflndung, Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines gefalteten optischen Senders nach der Erfindung mit Q-Schaltung, Fig. 5 ein Diagramm der Strahldivergens bei einem gefalteten optischen Sender nach der Erfindung und Fig. 6 eine schematische Darstellung eines gefalteten optischen Senders nach der Erfindung, der zwei Ausgangsstrahlen erzeugt.Further details and embodiments of the invention are as follows Refer to the description in which the invention is based on the illustrated in the drawing Embodiments will be described and explained in more detail. The one of the description and features to be taken from the drawing can be used in other embodiments the invention can be used individually or in any combination Find. 1 shows a schematic representation of a known optical system Transmitter with a single radiation path, 2 shows a simplified representation a preferred embodiment of the invention with a single output beam 3 shows a schematic representation of a further folded optical transmitter according to the invention, Fig. 4 is a schematic perspective view of a folded optical transmitter according to the invention with Q-circuit, Fig. 5 is a diagram of the beam divergence in a folded optical transmitter according to the invention and FIG. 6 is a schematic Representation of a folded optical transmitter according to the invention, the two output beams generated.

Fig. 1 zeigt einen typischen optischen Sender 11 mit einfachem Strahlungsweg nach dem Stande der Technik, der ein stimulierbares Medium 13 enthält, das in einem optischen Resonator angeordnet ist. Dieser Resonator wird von einem Frontreflektor 15 und einem Dachkantprisma 17 gebildet, von denen der Frontreflektor typischerweise 50% reflektierend ist, wogegen im Dachkantprisma eine Totalreflexion stattfindet. Zum Zwecke der Q-Schaltung kann beispiels.Fig. 1 shows a typical optical transmitter 11 with a single radiation path prior art, which includes a stimulable medium 13, which in a optical resonator is arranged. This resonator is supported by a front reflector 15 and a roof prism 17, of which the front reflector is typically 50% is reflective, whereas total reflection takes place in the roof prism. For the purpose of the Q-circuit, for example.

weise das Prisma 17 von einem nicht dargestellten Motorantrieb gedreht werden. Die Lichtenergie ist durch den breiten Pfeil 19 veranschaulicht, der deutlich zeigt, daß diese Energie nur auf einem einzigen Weg das aktive Medium 13 durchdringt, bevor es aus dem Sender durch den teilreflektierenden Frontreflektor 15 austritt.as the prism 17 rotated by a motor drive, not shown will. The light energy is illustrated by the broad arrow 19 which clearly shows, that this energy is the active medium in only one way 13 penetrates before it leaves the transmitter through the partially reflective front reflector 15 exits.

Es ist weiter ersichtlich, daß diese Art des optischen Senders nur eine einzige, ziemlich weite Öffnung aufweist und das Dachkantprisma 17 zu dieser Öffnung zentriert ist. Wie oben erwähnt, ist die Wahrscheinlichkeit für von der Achse abweichenden Schwingungsmoden um so größer und infolgedessen die Strahldivergenz um eo stärker, je größer die Öffnung ist. Um diesem Nachteil zu begegnen, wurde bei bekannten Anordnungen manchmal eine Platte 21 in den Strahlungsweg gestellt, damit die Rückkopplung oder Regeneration nur durch eine einzige, relativ kleine Öffnung in der Platte hindurch stattfinden konnte, Durch diese Technik wurde zwar etwas die Strahlform verbessert, Jedoch zugleich auch die bereits unzureichende Energie des Ausgangsstrahles vermindert.It can also be seen that this type of optical transmitter only has a single, fairly wide opening and the roof prism 17 to this Opening is centered. As mentioned above, the probability is for of the Axis deviating modes of oscillation, the greater and, consequently, the beam divergence eo stronger, the larger the opening. To counter this disadvantage, in known arrangements sometimes a plate 21 is placed in the radiation path, thus the feedback or regeneration only through a single, relatively small Opening in the plate could take place through it, though this technique was used slightly improved the beam shape, but at the same time also the already inadequate Energy of the output beam reduced.

Zur Erhöhung der Strahlleistung kann nach dem Stand der Technik das Prisma 17 gedreht und die durch den Pfeil 23 angedeutete Anregungsenergie zur Winkel stellung des rotierenden Prismas synchronisiert werden, so daß eine Q-Schaltung stattfindet, die in der Technik wohl bekannt ist und hier nicht näher beschrieben wird.To increase the beam power, according to the state of the art, the Prism 17 rotated and the indicated by the arrow 23 excitation energy to the angle position of the rotating prism can be synchronized, so that a Q-circuit takes place, which is well known in the art and is not further described here will.

Durch die Q-Schaltung wurde zwar die Spitzenausgangs-' leistung erhöht, Jedoch hatte die Anordnung noch immer sehr schwerwiegende Nachteile. Beispielsweise hatte die ruckkoppelnde Licht energie grundsätzlich nur einen Weg durch das stimulierbare Medium und litt infolgedessen an dem Nachteil einer relativ geringen Verstärkung.The Q-connection increased the peak output power, However, the arrangement still had very serious drawbacks. For example the feedback light energy basically only had one way through the stimulable Medium and suffered as a result at the disadvantage of a relatively low Reinforcement.

Weiterhin war ein solcher optischer Sender durch die mechanischen Beschränktuigen hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit des Prismas in.seiner maximalen Impulsfolgefrequenz begrenzte Die resultierende, langsame Q-Schaltung hatte die Tendenz, Mehrfachimpulse anstatt der erwünschten sauberen, scharfen Einzelimpulse an Lichtenergie zu erzeugen.Furthermore, such an optical transmitter was through the mechanical Limiting the speed of rotation of the prism in its maximum pulse repetition rate limited The resulting, slow Q-circuit had a tendency to have multiple pulses rather than the clean, sharp single pulses desired to generate light energy.

Im Gegensatz zum Stande der Technik handelt es sich, wie aus Fig. 2 ersichtlich, beider Erfindung um einen gefalteten, mehrpfadigen optischen Sender 51, der grund sätzlich ein stimulierbares Medium 53 in Form eines geeigneten festen, gasförmigen oder flüssigen Materials enthält, das in einem optischen Regenerationsresonator angeordnet ist, der einen ersten Spiegel 55 und eine Faltspiegelanordnung, beispielsweise ein Dachkantprisma 57, umfaßt. Der erste Spiegel 55 hat bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Bereiche verschiedenen Reflexionsvermögens. Der obere Bereich 59 kann 99% reflektierend sein, wogegen der untere Bereich 61, durch den der Strahl 63 austritt, beispielsweise nur 25% reflektierend sein kann. Das stimulierbare Medium 53 wird durch eine nicht dargestellte Anregungsquelle in den fluoreszierenden Zustand angehoben, die mit dem Medium gekoppelt ist.In contrast to the prior art, as shown in Fig. 2, the invention relates to a folded, multi-path optical transmitter 51, which is basically a stimulable medium 53 in the form of a suitable solid, Contains gaseous or liquid material in an optical regeneration resonator is arranged, which has a first mirror 55 and a folding mirror arrangement, for example a roof prism 57 comprises. The first mirror 55 has in this embodiment two areas of different reflectivity. The upper area 59 can be 99% reflective whereas the lower region 61 through which the jet 63 exits, for example can only be 25% reflective. The stimulable medium 53 is not by a shown excitation source raised in the fluorescent state that with is coupled to the medium.

Die Anregung ist durch den Pfeil 65 angedeutet. Nach der Anregung ist die stimulierte Lichtenergie nur in der Lage, sich durch eine erste und eine zweite Öffnung 67 bzw. 69S die sich in einer im Resonator zwischen den Endreflektoren angeordneten Blende befinden, längs zwei Pfaden fortzupflanzen. Es ist ohne besondere Bedeutung, wo sich die Blende in dem Resonator befindet, und sie könnte infolgedessen ebenso zwischen dem stimulierbaren Medium 53 und dem erster Reflektor 55 angeordnet sein wie zwischen dem stimulierbaren Medium 53 und dem Prisma 57, wo sie dargestellt ist.The excitation is indicated by the arrow 65. After the suggestion the stimulated light energy is only able to pass through a first and a second opening 67 or 69S located in one in the resonator between the end reflectors arranged aperture are to propagate along two paths. It is without special Meaning, where the diaphragm is in the resonator, and they could consequently also between the stimulable medium 53 and the first Reflector 55 can be arranged as between the stimulable medium 53 and the prism 57 where it is shown.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, muß Energie, die auf den oberen Abschnitt 59 des erstent Reflektors 55 auftrifft, einen ersten Weg durch das stimulierbare Medium 53, beispielsweise Rubin, nehmen und wird in dem Dachkaatprisma 57 zweifach reflektiert, nachdem sie durch die erste Öffnung 67 des Strahlbegrenzungsgliedes 71 hindurchgetreten ist. Diese Energie muß dann einen zweiten Weg durch das gleiche stimulierbare Medium nehmen, Jedoch in entgegengesetzter Richtung, nachdem sie die zweite Öffnung 69 in der Blende 71 passiert hat Die sich längs des zweiten Weges fortpflanzende Energie kann dann von dem optischen Sender 51 durch den teilweise durchlässigen Reflektorabschnitt 61 des ersten Reflektors 55 abgestrahlt werden, wie es durch den Pfeil 63 angedeutet ist.As can be seen from Fig. 2, energy must be applied to the upper section 59 of the first reflector 55 strikes a first path through the stimulable Medium 53, for example ruby, take and become double in roof prism 57 reflected after passing through the first aperture 67 of the beam limiter 71 has passed through. This energy then has to take a second path through the same take stimulable medium, however, in the opposite direction after using the The second opening 69 in the diaphragm 71 has passed along the second path Propagating energy can then from the optical transmitter 51 through the partial transparent reflector section 61 of the first reflector 55 are emitted, as indicated by arrow 63.

Die beiden Öffnungen 67 und 69 sind bedeutend kleiner als die typischen Anordnungen mit einer einzigen Öffnung nach dem Stande der Technik Diese Eigenschaft und die größere äquivalente Länge dar dargestellten, gefalteten Zweiweganordnung hat eine Unterdrückung von außerhalb der Achse liegenden Schwingungsmoden zur Folge, wodurch sich eine relativ kleine Strahldivergenz ergibt. Im Vergleich zu dem vorbekannten, üblichen Einweg-Oszillator 11 nach Fig. 1 ist- bei dem Zweiwegaufbau nach Fig. 2 die Länge des Hohlraumresonators verdoppelt, wogegen die Austrittsöffnung weniger als die Hälfte beträgt, so daß die Fresnelzahl des Resonators um einen Faktor von vier oder mehr vermindert worden ist.The two openings 67 and 69 are significantly smaller than the typical ones Prior Art Single Orifice Arrangements This property and the greater equivalent length illustrated, folded two-way assembly results in a suppression of vibration modes lying outside the axis, which results in a relatively small beam divergence. Compared to the previously known, The usual one-way oscillator 11 according to FIG. 1 is in the two-way structure according to FIG. 2 doubles the length of the cavity, whereas the Outlet opening is less than half, so that the Fresnel number of the resonator by a factor has been decreased by four or more.

Durch die erfindungsgemäße, neue Technik wurde nicht nur die Strahldivergenz beträchtlich vermindert, sondern es wurde auch festgestellt, daß die Gestalt des Fernfeldes eine Anordnung nach Fig. 2 im Vergleich su der sehr weit verteilten und ungleichförmigen Gestalt bekannter Ans ordnungen sehr sauber und gleichförmig ist.The new technology according to the invention not only reduces the beam divergence considerably diminished, but it was also found that the shape of the Far field an arrangement according to FIG. 2 in comparison su the very widely distributed and irregular shape of known Ans orders is very clean and uniform.

Ein weiterer Vorteil des gefalteten optischen Senders nach der Erfindung besteht darin, daß die effektive Q-Schaltgeachwindigkeit erhöht ist. Das Q-Schalten wird durch Drehen des Dachkantprisma 57 bewirkt, wie es durch den Pfeil 73 angedeutet ist, und durch ein geeignetes Anregen des stimulierbaren Mediums 53 gemäß den bekannten Verfahren. Wenn beispielsweise eine Zweiweganordnung verwendet wird, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Q-Schaltgeschwindigkeit effektiv vervierfacht, so daß dann, wenn das Prisma 57 mit 20.000 Umdrehungen/min gedreht wird, die effektive Rotationsgeschwindigkeit 80eOOO U/min beträgt. Bei der Prüfung eines nach der Erfindung aufgebauten optischen Senders wurde festgestellt, daß einzelne Impulse seLr kurzer Dauer ohne die Zuhilfenahme eines passiven Farbstoff-Q-Schalters zuverlässig erhalten werden können, der bisher erforderlich war, um bei bekanten optischen Sendern Mehrfachimpulse zu unterdrücken. Das gleiche gilt auch für die Unterdrückung von außerhalb der Achse liegenden Schwingungsmoden.Another advantage of the folded optical transmitter according to the invention is that the effective Q shift speed is increased. The Q-shift is effected by rotating the roof prism 57, as indicated by the arrow 73 is, and by suitable excitation of the stimulable medium 53 according to the known Procedure. For example, if a two-way arrangement is used as shown in As shown in Fig. 2, the Q shift speed is effectively quadrupled, so that when the prism 57 is rotated at 20,000 revolutions / min, the effective Rotation speed is 80,000 rpm. When examining one according to the invention built-up optical transmitter it was found that individual pulses are shorter Reliably obtained duration without the aid of a passive dye Q-switch can be, which was previously required to produce multiple pulses in well-known optical transmitters to suppress. The same is true for off-axis suppression lying vibration modes.

Eine ziemlich ins einzelne gehende schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3. Hier umfaßt eine Q-Schaltanordnung 101 ein Dachkantprisma 103 als normalen Endreflektor des optischen Reaonators, ein stationäres Q-Schalt-Dachkantprisma 105 und ein zugeordnetes, rotierendes rechtwinkliges Prisma 107, einen mit dem rotierenden Prisma 107 mechenisch gekoppelten Motor 109, wie es durch den Pfeil 111 enge, deutet ist, und eine strahlbegrenzende Platte 113, die eine erste Öffnung 115 und eine zweite Öffnung 117 aufweist.A pretty detailed schematic representation of a Fig. 3 shows another embodiment of the invention. Here comprises a Q-switch arrangement 101 a roof prism 103 as a normal end reflector of the optical reactor stationary Q-switch roof prism 105 and an associated rotating right-angled one Prism 107, a motor 109 mechanically coupled to the rotating prism 107, as indicated by the arrow 111, and a beam-limiting plate 113, which has a first opening 115 and a second opening 117.

Benachbart zur Q-Schaltanordnung 101 und damit optisch gekoppelt ist eine Anregungskammeranordnung 119 vorgesehen, die zwei übliche, geradlinige Blitslampen 121 und 123 enthält, die beispielsweise zu beiden Seiten eines Rubinstabes 125 angeordnet ist, Der Rubinstab 125 kann von der Art sein,-die für einen 3-Niveau-Mechanismus geeignet ist. Ein spiegelnd reflektierender optischer Resonator für das System wird von einem zusammengesetzten Endreflektor 127 gebildet, der mit dem Dachkantprisma 1Q3 oder der Prismenanordnung 105, 107 der Q-Schaltanordnung zusammenwirkt, um einen ersten Weg 129 und einen zweiten Weg 131 zu definieren, welche Wege die entsprechenden Öffnungen 115 und 117 in der Platte 113 passieren. Der zusammengesetzte Endreflektor 127 .weist einen ersten Abschnitt 133 auf, der etwa 99% reflektierend ist, und einen zweiten Abschnitt 135, der beispielsweise ein Reflexionsvermögen von etwa 30% aufweist. Auf diese Weise wird im wesentlichen die gesamte optische Energie, die auf den ersten Abschnitt 133 auftrifft, reflektiert, wogegen ein großer Teil dieser Energie durch den zweiten Abschnitt 135 übertragen wird und einen Ausgangsstrahl 137 bildet.Adjacent to the Q-switch arrangement 101 and is optically coupled therewith an excitation chamber assembly 119 is provided, the two conventional, rectilinear flash lamps 121 and 123, which are arranged on either side of a ruby stick 125, for example The ruby bar 125 can be of the type -that is for a 3-level mechanism suitable is. A specular reflective optical resonator for the system becomes formed by a composite end reflector 127, the one with the roof prism 1Q3 or the prism arrangement 105, 107 of the Q-switching arrangement cooperates to form a first path 129 and a second path 131 to define which paths are the corresponding Openings 115 and 117 in the plate 113 pass. The composite end reflector 127 has a first portion 133 which is about 99% reflective, and a second portion 135, for example having a reflectivity of about 30%. In this way, essentially all of the optical energy the impinging on the first section 133 reflects, whereas a large part of it Energy is transmitted through the second section 135 and has an output beam 137 forms.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Oszillatorstufe nach Fig. 3-. Die Anordnung nach den Fig. 3 und 4 kann leicht entweder für eine Betriebsart mit langen Impulsen oder für eine Betriebsart mit Q-Schaltung eingerichtet werden, indem entweder die rotierende Prismenanordnung aus den Rückkopplungspfaden herausbewegt oder aber in der gezeigten Stellung belassen werden. Im ersten Fall wird das normale Dachkantprisma 103' benutzt, während im zweiten Fall nur das rotierende Prisma 107 und das ihm zugeordnete stationäre Dachkantprisma 105 benutzt werden. Auf diese Weise ist bei einem Wechsel der Betriebsarten keine optische Wiederausrichtung erforderlich.4 shows a perspective view of an oscillator stage according to FIG Fig. 3-. The arrangement of FIGS. 3 and 4 can easily be used for either one mode of operation be set up with long pulses or for an operating mode with Q-switching, by either moving the rotating prism array out of the feedback paths or be left in the position shown. In the first case it will be normal Roof prism 103 'is used, while in the second case only the rotating prism 107 and the stationary roof prism 105 assigned to it can be used. To this Thus, no optical realignment is required when changing modes.

Wenn ein Q-Schaltbetrieb mit außerordentlich kurzen Impulsen gewünscht wird, sollte der kleinstmögliche Abstand zwischen dem zusammengesetzten Reflektor 127 und dem rotierenden Prisma 107 benutzt werden. Der zusammengesetzte Reflektor 127 kann als dielektrischer Mehrschichtreflektor ausgebildet sein, dessen Abschnitte.When a Q-switching operation with extremely short pulses is desired should be the smallest possible distance between the composite reflector 127 and the rotating prism 107 can be used. The composite reflector 127 can be designed as a dielectric multilayer reflector, the sections of which.

133 und 135 so aufgebaut sind, daß sie die gewünschten verschiedenen Beträge reflektieren. Ein anderer möglicher Aufbau für den zusammengesetzt,en Reflektor 127 ist die Verwendung eine,s, Resonanz-Reflektorelementes für den untereh Wert des Reflexionsvermögens, wogegen der obere Abschnitt mit mehreren dielektrisohen Schichten überzogen ist, um den hohen Reflexionswert zu erzielen.133 and 135 are constructed to provide the various desired Reflect amounts. Another possible construction for the composite reflector 127 is the use of a, s, resonance reflector element for the lower value the reflectivity, whereas the upper section has several dielectric soils Coated layers is to achieve the high reflectance value.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, können am Rubinstab und an den reflektierenden Prismen unter dem Bretsterschen Winkel stehende Flächen verwendet werden, um Oberflächenreflexionen und die damit verbundenen Modenselektionseffekte zu vermeiden, ohne daß die Notwendigkeit zur Verwendung optischer Antireflexbeschichtungen besteht.As can be seen from Fig. 4, the ruby rod and the reflective Prisms at the Bretster's angle are used to reduce surface reflections and avoid the associated mode selection effects without the necessity to use optical anti-reflective coatings.

Die mit zwei Öffnungen versehene Platte 113, die zur Begrenzung der beiden optischen Wege 129 und 131 durch den Rubinstab 125 dient, kann dadurch hergestellt werden, daß zwei Löcher in eine dünne Glasplatte oder ein anderes geeignetes optisch durchlässiges Material gebohrt werden und dann eine oder beide Seiten'der Platte durch Diffusionsschleifen mattiert werden0 Eine mögliche andere Methode zum Schaffen der Platte 115 besteht darin, einfach die beiden Löcher in eine Metallplatte, beispielsweise aus Aluminium, zu bohren, obwohl im letzten Fall der Widerstand gegen Beschädigungen nicht so groß sein mag.The two apertured plate 113, which is used to limit the serving both optical paths 129 and 131 through the ruby rod 125, can thereby be established be that two holes in a thin glass plate or another suitable optically Permeable material can be drilled and then one or both sides of the plate be matted by diffusion grinding0 Another possible method of creating the plate 115 consists in simply making the two holes in a metal plate, for example made of aluminum, to be drilled, although in the latter case the resistance to damage may not be that big.

Bei Untersuchungen der vorstehend beschriebenen Erfindung wurden unter Verwendung eines Rubinstabes von 76,2 mm Länge Impulse erzeugt, deren. Dauer in der Größenordnung von 10 ns lagen, und deren Energie bei einem Öffnungsdurchmesser von 2,54 mm in der Größenordnung von 200 mJ lagen. Die emtsprechenden Strahldivergenzen betrugen im Mittel etwa 1,5#10-3rd, gemessen an den -6 db-Punkten, bei gleichförmigen Fernfeldformen, wie sie sich aus dem typischen Diagramm der Strahldivergenz nach Fig. 5 ergeben. Die resultierende Strahl-Spitzenhelligkeit in der Öffnung war etwa 2 x 1014 W/cm2 pro Steradiant (Raumwinkeleinheit), was für eine solch einfache Anordnung erstaunlich hoch ist.In investigations of the invention described above, were under Using a ruby stick 76.2 mm in length generates pulses whose. Duration in of the order of magnitude of 10 ns, and their energy at an opening diameter of 2.54 mm were of the order of 200 mJ. The corresponding beam divergences averaged about 1.5 # 10-3rd, measured at the -6 db points, with uniform Far-field shapes, as they can be seen from the typical diagram of the beam divergence Fig. 5 result. The resulting beam peak brightness in the aperture was about 2 x 1014 W / cm2 per steradian (solid angle unit), what a such simple arrangement is amazingly high.

In Fig, 6 ist eine zwei Ausgangs strahlen erzeugende Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die der Anordnung nach Fig. 2 mit einem einzigen Ausgangsstrahl im wesentlichen gleich ist, abgesehen davon, daß der erste Spiegel, der hier mit 201 bezeichnet ist,- nicht von zusammengesetzter Bauart ist wie zuvor, sondern an seiner nutzbaren Oberfläche ein gleichförmiges Reflexionsvermögen aufweist, so daß Energie von beiden Rückkopplungspfaden als Ausgangs strahlen 203 und 205 ausgesamdt werden.In Fig, 6 is a two output radiation generating embodiment of the invention shown that of the arrangement of FIG. 2 with a single output beam is essentially the same, except that the first mirror, the one here with 201 is designated, - is not of composite construction as before, but on its usable surface has a uniform reflectivity so that Energy from both feedback paths as output beams 203 and 205 out will.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß ein einfach aufgebauter, gefalteter optischer Oszillator mit hoher Verstärkung beschrieben worden ist, der in der Lage ist, wahlweise lange Impulse oder bei Q-Schaltbetrieb Impulse kurzer Dauer mit hoher Folgefrequenz zu liefern, die in Jedem Fall eine verbesserte Strahldivergenz und terbesserte Fernfeldeigenschaften aufweisen.From the above it can be seen that a simply structured, high gain folded optical oscillator has been described, the is able to choose either long pulses or short pulses in Q-switching mode To deliver duration with high repetition frequency, which in each case an improved beam divergence and have improved far-field properties.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann jedes -geeignete stimulierbare Material sowie Jede geeignete Art der Anregung Verwendung finden, einschließlich einer optischen Anregung, einer HF-Anregung und einer Anregung durch Gleic'hstromentladung sowie eine, chemische Anregung, und es können wendelförmige und geradlinige Anordnungen Verwendung finden. Weiterhin können beliebige Reflektoranordnungen zum Falten des Strahlungsweges Verwendung finden und es kosulen ein oder mehrere Spiegel oder Reflektoren für die dargestellten Dachkant- oder Porroprismen eingesetzt werden.Any suitable may be used in the practice of the invention stimulable material as well as any suitable type of stimulation can be used, including optical excitation, RF excitation, and excitation through DC discharge as well as a, chemical excitation, and it can be helical and linear arrangements are used. Any reflector arrangements can also be used to fold the radiation path use and it kosulen one or more Mirrors or reflectors used for the roof prisms or Porro prisms shown will.

Es wurden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erf indung hier dargestellt und beschrieben, Jedoch ist leicht erkennbar, daß im Rahmen der Erfindung ein anderer Aufbau der speziellen Anordnungen möglich ist. Beispielsweise kann eine zur Strahlbegrenzung dienende Platte oder ein solches Glied Verwendung finden, die drei oder mehr Öffnungen aufweist und zusammen mit geeigneten Endreflektoren erzwingt, daß eine Regeneration nur durch diese Öffnungen hindurch stattfindet. Demnach sollen die vorstehenden Ausführungen nur zur Erläuterung der Grundzüge der Erfindung dienen und in keiner Weise die Erfindung beschränken.Various exemplary embodiments of the invention have been presented here and described, However, it is readily apparent that within the scope of the invention another Construction of special arrangements is possible. For example, one can be used to limit the beam Serving plate or such a member use the three or more openings and together with suitable end reflectors that forces a regeneration only takes place through these openings. Accordingly, the above should Explanations serve only to explain the main features of the invention and in none Way to limit the invention.

Claims

Optical transmitter with a reflector arrangement provided in the optical resonator for folding the radiation path, characterized in that the beam diameter is limited in a manner known per se and the beam is the same stimulable Medium (53) happened several times.

2. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that im optical.Resonator to limit the beam diameter a diaphragm (71) with two spaced apart openings (67 and 69) is arranged, the two define different radiation paths through the stimulable medium (53).

3. Optical transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that that the reflector arrangement for folding the radiation path at one end Roof prism (57) and at its other end a flat mirror (55>) and the planar mirror has a partially transparent portion (61) through part of the stimulable radiation (63) emerges from the optical resonator can.

4. Optical transmitter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a Q-switch arrangement (101) is located in its radiation path.

5. Optical transmitter according to claim 4, characterized in that the Q-switch arrangement comprises a rotating roof prism (57).

6. Optical transmitter according to claim 4, characterized in that the Reflector arrangement for folding the radiation path at one end of the optical resonator a normal roof prism (103) and at the other end a compound one Having reflector (127) and a removable Q-switch assembly (101) having a rotating Prism (107) and an associated stationary roof prism (105) comprises, in the Radiation paths between the normal roof prism (1Q3) and the stimulable one Medium (125) can be introduced.