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Optischer Molekularverstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen
optischen Molekularverstärker mit einem stabförmigen stimulierbaren Medium, einer
stabförmigen Pumplichtquelle und einem hohlzylinderförmigen Pumpspiegel, der das
stimulierbare Medium und die hierzu parallel angeordnete Pumplichtquelle in seiner
Erstreckung umfaßt.
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Unter op-tischen Molekularverstärkern sollen in diesem Zusammenhang
auch solche Molekularverstärker verstanden werden, deren Ausgangsstrahlung im infraroten
oder ultravioletten Spektralbereich, also nicht unmittelbar im Bereich der sichtbaren
Strahlung, liegt.
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Molekularverstärker dieser Art haben auf Grund der durch sie erzeugten
kohärenten Strahlung eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten gefunden. Besonders
in der Meßtechnik hat die Verwendung von optischen Molekularverstärkern zu Verfahren
mit großer Meßgenauigkeit geführt. Dieser Vorteil hat den optischen Molekularverstärker
auch in tragbaren Geräten, beispielsweise in Entfernungsmeßgeräten, zur Anwendung
kommen lassen.
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Diese Geräte sind jedoch wegen der auch während des Betriebs oft auftretenden
starken Erschütterungen sehr störanfällig. Einerseits muß dem darin enthaltenen
stimulierbaren Medium wegen der erforderlichen einwandfreien Justierung ein fester
Halt gegeben werden, andererseits müssen von dem meist kristallinen zerbrechlichen
Bauteil Erschütterungen möglichst fern
gehalten werden. Der sachgemäßen
Lagerung des stimulierbaren Mediums ist schon deshalb besondereBedeutung beizumessen,
weil dieses das wohl teuerste Bauteil eines solchen Molekularverstärkers darstellte
Auch die zur Inversion des stimulierbaren Mediums erforderliche Pumplichtquelle
ist durch insbesondere während ihren Betriebs auftretende Erschütterungen einer
latenten Bruchgefahr ausgesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Molekularverstärker
der einleitend beschriebenen Art eine mit einfachen Mitteln herzustellende stoßunempfindliche
Lagerung des stimulierbaren Mediums und der Pumplichtquellc anzugeben, die auch
eine ernwandfreie Justierung der beiden Bauteile gegeneinander und relativ zum Pumpspiegel
dauerhaft gewährleistet. Darüberhinaus soll damit gleichzeitig eine für tragbare
Geräte brauchbare Anordnung mit minimalen Abmessungen angegeben werden.
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Die stoßfreie Lagerung und dauerhafte Justierung des stimulierbaren
Mediums und der Pumplichtquelle wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das
stabförmige stimulierbare Medium und die stabförmige Pumplicht quelle an ihren Enden
durch, den hohlzylinderförmigen Pumpspiegel begrenzende elastische Abschlußplatten
in ihrer vorgegebenen Lage gegeneinander und gegen den Pumpspiegel gehaltert sind.
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Ein optischer Molekularverstärker mit einem hohlzylinderförmigen Pumpspiegel,
in dessen-Innenraum das stabförmige stimulierbare Medium und die stabförmige Puplichtquelle
parallel zueinander und @parallel zur Wandung des Hohlzylindere angeordnet sind,
last sich auch für relativ hohe Ausgangsleistungen mit sehr
kleinen
Abmessungen in der Größenordnung einiger Zentimeter ausführen.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß bei einem,
kleine Abmessungen aufweisenden optischen Molekularverstärker dieser Bauart, eine,
auch extremen Anforderungen genügende Lagerung des stab förmigen stimulierbaren
Mediums und der stabförmigen Pumplichtquelle in elastischen Abschlußplatten, die
den hohlzylinderförmigen Pumpspiegel begrenzen, gewährleistet ist.
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Eine besonders einfache Lagerung des stimulierbaren Mediums und der
Pumplichtquelle in den elastischen Abschlußplatten besteht darin, daß diese mit
entsprechenden Öffnungen zur Aufnahme der Enden des stabförmigen stimulierbaren
Mediums und der stabförmigen Pumplichtquelle versehen sind0 Eine Erhöhung der Stabilität
der elastischen Abschlußplatten sowie des darin gelagerten stimulierbaren Mediums
wird dadurch erreicht, daß diese von je zwei starren Platten eingefaßt sind, die
mit Öffnungen zum losen Durchtritt der Enden der stabförmigen Pumplichtquelle und
des stabförmigen stimulierbaren Mediums versehen sinde Bei der Montage des optischen
Molelmlarverstärkers werden die beiden, die elastische Abschlußplatte einfassenden
starren Platten beispielsweise durch Verschrauben mit dem Gehäuse gegeneinander
gepreßt Die elastischen Abschlußplatten werden dabei derart gegen das stimulierbare
Medium und die Pumplichtquelle gedrückt, daß diese in ihrer einmal festgelegten
Lage fisiert werden und im Sinne einer elastischen Lagerung nur an den elastischen
Abschlußplatten anliegen. Die dem Pumpspiegel zugewandten starren Platten schützen
außerdem die elastischen Abschlußplatten vor der intensiven
Strahlung
der Pumplichtquelle, womit eine frühzeitige Alterung der Abschlußplatten vermieden
wird.
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Außerdem sind die der Strahlung der Pumplichtquelle ausgesetzten Flächen
der elastischen Abschlußplatten, insbesondere die Auflageflächen der Pumplichtquelle
und deren benachbarte Teilflächen mit einer lichtundurchlässigen Schicht, beispielsweise
einer aufgedampften Metallschicht, überzogen.
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Um einen möglichst hohen Pumpwirkungsgrad zu erzielen, ist es günstig,
daß der hohlzylinderförmige Pumpspiegel mit einer metallisch yerspiegelten Innenfläche,
vorzugsweise mit einer goldbeschichteten Innenfläche, versehen ist. Im einfachsten
Fall kann der Pumpspiegel lediglich aus einem innen verspiegelten Rohr bestehen,
dessen beidseitige Öffnungen durch die elastischen Abschlußplatten pfropfenartig
verschlossen sind. Bei Verwendung der, die elastischen Abschlußplatten einschließenden
starren Platten empfiehlt es sich jedoch, die Wandung des Spiegelträgers so stark
auszuführen, daß die äußeren starren-Platten an seinen Stirnflächen befestigt, beispielsweise
verschraubt werden können. Um den Pumpspiegel zusammen mit d-er erforderlichen Stromversorgungsein-~
richtung in einer gemeinsamen Halterung befestigen zu können, ist es vielfach empfehlenswert,
wenigstens eine Außenfläche-des Spiegelträgers als ebene Pläche auszubilden, d.h.
diesen hinsichtlich seiner Außenabmessungen zu einer Art Gehäuse auszugestalten.
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Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der hohlzylinderförmige
Pumpspiegel mit elliptischem Querschnitt ausgeführt, dessen große Halbachse unwesentlich
größer ist als der äußere Durchmesser der Pumplichtquelle bzw. des stimulierbaren
Mediums.
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Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der hohlzylinderförmige
Pumpspiegel als Kreiszylinder ausgeführt und die Anordnung bezüglich der Pumplichtquelle
und des stimulierbaren Mediums als exfokales Kreiszylindersystem dimensioniert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Pumpspiegel
von einem, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Gehäuse umschlossen ist, und
daß die elastischen Abschlußplatten als gegenüberliegende Wände des Gehäuses ausgeführt
sind.
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Gerade diese letztgenannte konstruktive Lösung eines optischen Molekularverstärkers
führt zu einer äußerst einfachen und billigen Herstellung. Das hier benötigte Kunststoffgehäusc
und zumindest die äußeren starren Platten können ohne nennenswerte Kosten im Spritzverfahren
herges-tellt werden und der Pumpspiegel stellt, sofern er als Kreiszylinder ausgebildet
ist, ein billiges Drehteil dar. Das bedeutet, daß es sich bei Schadhaftwerden beispielsweise
der Pumplichtquelle nicht mehr lohnt, eine Reparatur bzw. einen Austausch dieses
Teils vorzunehmen. Es wird dann lediglich das stimulierbare Medium, das beispielsweise
ein Rubinkristall ist, lusgebaut und die restliche Baugruppe gegen eine neue ersetzt.
Wie einschlägige Untersuchungen gezeigt haben, bedarf im allgemeinen auch der-Pumps)iegel
einer Erneuerung, wenn ein Austausch der Pumplichtquelle erforderlich wird. Das
stimulierbare Medium kann darin an den Hersteller zurückgegeben und dort 1 rl eine
Austauschbaugruppe eingebaut und justiert werden.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispi@l@ soll
die Erfindung im folgenden noch näher
erläutert werden. In der Zeichnung
bedeuten Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Molekularverstärkers
nach der Erfindung, Fig.2 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des
optischen Mockularverstärkers nach der Erfindung, Fig.3 einen Schnitt durch ein
zweites Ausführungsbeispiel des optischen Molekularverstäricers nach der Erfindung,
Fig.4 eine Anordnung des optischen Molekularverstärkers nach Fig.1 mit optischem
Resonator.
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Der in Fig. 1 dargestellte optische Molekularverstärker besteht im
wesentlichen aus einem hohlzylinderförmigen Pumpspiegel 1 und dem in seinem Innenraum
angeordneten stabförmigen stimulierbaren Medium 2 mit der dazu parallel liegenden
stabförmigen Pumplichtquelle 30 Die Anordnung ist als exfokales Kreiszylindersystem
dimensioniert. Der Pumpspiegel 1 ist an seinen beiden Stirnseiten von elastischen
Abschlußplatten 4 begrenzt, in denen das stimulierbare Medium 2 und die Pumplichtquelle
3 gelagert sind. Dic elastischen Abschlußplatten 4 sind hierzu mit entsprechenden
Öffnungen zur Aufnahme der Enden des stimulierbaren Mediums und der Pumplichtquelle
versehen.
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Die Lagerung des stimulierbaren Mediums 2 und der Pumplichtquelle
3 i ihrer vorgegebenen Lage relativ zueinander und zum Pumpspiegel 1 veranschaulichen
die Figuren 2 und 3.
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In dem in Fig.2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel besteht der
Pumpspiegel 1 aus einem Spiegelträger 1' und der den eigentlichen Pumpspi-egel darstellenden,
auf die Innenwandung des Spiegelträgers aufgebrachten
metallischen
oder dielektrischen Spiegelauflage-1". Der Spiegelträger dient als Halteorgan für
die elastischen Abschlußplatten 4 und die darin gelagerte Pumplichtquelle mit dem
stimulierbaren Medium. Er ist vorzugsweise als Metallteil mit einem zylinderförmigen
Innenraum ausgebildet. Die elastischen Absclilußplatten 4 sind zwischen zwei starre
Platten 5 und 6 eingebettet0 Diese Platten werden bei der Montage durch Verschrauben
mit dem Spiegelträger gegeneinander gepreßt. Die elastischen AbschlußplatteS 4 werden
dabei verformt und gegen das stimulierbare Medium und die Pumplichtquelle gepreßt
Damit wird eine dauerhafte Fixierung des stimulierbaren Mediums, der Pumplichtquelle
und des Pumpspiegels erreicht. Die dem Innenraum des Pumpspiegels zugewandten Platten
6 schützen außerdem die elastischen Abschlußplatten 4 gegen ihre frühzeitige Zerstörung
durch die intensive Strahlung der Pumplichtquelle0 Außerdem sind die der Strahlung
der Pumplichtquelle ausgesetzten Auflageflächen der Pumplichtquelle auf den elastischen
Abschlußplatten sowie deren benachbarte Flächenteile mit einer aufgedampften Metallschicht
überzogen. Der Querschnitt der in den. s-tarren Platten befindlichen Öffnungen ist
etwas größer gewählt als der jeweilige Querschnitt der sie durchsetzenden Pumplichtquelle
bzw.
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des stimulierbaren Mediums, um eine Lagerung lediglich in den elastischen
Abschlußplatten zu gewährleisten0 In dem in Fig.3 schematisch dargestellten zweiten
Ausführungsbeisplel ist der Pumpspiegel 1 von einem, im einfachsten-Fall aus Kunststoff-gefertigten
Gehäuse 7 umgeben. Der Pumpspiegel 1 besteht in dieser Ausführung aus einem metallischen
Rohr mit verspiegelter Innenfläche. Wie in dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind auch hier die elastischen Abschlußplatten 4 von je zwei starren Platten 5 und
6
eingeschlossen. Die Lage der dem Innenraum des Pumpspiegels zugewandten
starren Platten sowie der elastischen Abschlußplatten ist durch als Passungen ausgeführte
ringförmige Vertiefungen im Gehäuse festgelegt.
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Sie werden von den äußeren, mit dem Gehäuse verschraubbaren Platten
5 in ihre vorgegebene Lage gedrückt, Der Pumpspiegel 1 wird durch eine auf der inneren
starren Platte 6 angebrachte ringförmige, leicht konische Erhöhung 6' in seiner
vorgesehenen Lage gehalten.
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Fig.4 veranschaulicht, wie der bereits bescilriebene optische Molekularverstärker
als Baugruppe auf einer, einen optischen Resonator enthaltenden weiteren Baugruppe
in Modulbauweise angeordnet ist Die das stimulierbare Medium enthaltende Baugruppe
ist im Hinblick auf einen leich-ten Austausch leicht lösbar auf der Grundplatte
12 befestigt. Die Befestigung kann Z GBo durch Schrauben oder einen einfachen Steckverschluß
erreicht werden. Der mit der Grundplatte fest verbundene optische Resonator besteht
aus zwei Spiegeln, von denen der eine als Mehrfachetalon 8 und der andere als 90°
Prisma 9 ausgebildet ist. Das 90°-Prisma ist dabei zur Erzeugung einer impulsförmigen
Ausgangsstrahlung um die Achse 10 drehbar angeordnet. Die Endflächen des stimulierbaren
Mediums 2 sind in der gezeichneten Anordnung unter dem Brewsterwinkel gegen die
Stabachse geneigt. Das Mehrfachetalon 8 und das 90° -Prisma 9 sind deshalb nicht
direkt in der Stabachse des stimulierbaren Mediums,sondern etwas versetzt angeordnet
Das Mehrfachetalon 8 ist teildurchlässig ausgebildet^ so daß ein bei der Resonanzstellung
des 90° -Prismas 9 ausgelöster Lichtimpuls durch das Mehrfachetalon 8 hindurch abgestrahlt
wird
Diese konstruktive Lösung eines mit einem güemodulierten optischen
Resonator versehenen optischen Molekularverstärkers kann für viele Meßzwecke zur
Anwendung gelangen. In gerade dicser Anordnung ist es äußerst vorteilhaft, daß alle
Bauteilc, die eine geringe Lebensdauer erwarten lassen, in einer Baugruppe zusammengefaßt
sind. Diese, eine Austauscheinheit darstellende billige Baugruppe, wird bei Ausfall,
beispielsweise der Pumplichtquelle, einfach abgenommen und durch eine andere ersetzt.
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4 Figuren 8 Patentansprüche