DE2201295A1

DE2201295A1 - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE2201295A1
Application number: DE19722201295
Authority: DE
Inventors: Dahlinger Rodney J
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1971-01-21
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2122526A1; NL156274B; CH544425A; NL7200713A; FR2122526B1; DE2201295C3; GB1305530A; DE2201295B2; US3679998A

Description

Anmelder in; Stuttgart, den 4-· Januar 1972

Hughes Aircraft Company P 24-36 Rü/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Optische^ Sender oder Verstärker

Die Erfindung "bezieht sich auf einen optischen Sender oder Verstärker mit einem innerhalb einer langgestreckten Anregungskammer angeordneten optisch aktiven Element, einer in der Anregungskammer parallel zum optisch aktiven Element angeordneten Blitzröhre, einem Zündnetzwerk für die Blitzröhre und einem mit der Blitzröhre gekoppelten impulsformenden Netzwerk»

Zum Zünden der Blitzröhren optischer Sender oder Verstärker sind sowohl Anordnungen mit einer seriellen Zündung als auch, mit einer Nehenschlußsündung "bekannt. Bei der

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seriellen Zündung wird der Zündimpuls, der das Gas der Blitzröhre ionisiert, direkt einer Elektrode der Blitzröhre zugeführt, z.B. mit Hilfe eines Zündtransformators, dessen Sekundärwicklung zu den Blitzröhren-Elektroden in Serie geschaltet ist. Da bei Anordnungen zur seriellen Zündung die Sekundärwicklung des Transformators den Rückweg für den Blitzröhren-Entladungsstrom bildet, muß der Transformator so konstruiert sein, daß er relativ große Ströme, z.B. von einigen hundert Ampere, führen kann. -Transformatoren, die diese Eigenschaft haben, sind gewöhnlich groß, schwer und teuer. Da einige Blitzröhren Zündspannungen von 25.000 V oder mehr erfordern, müssen weiterhin die elektrischen Leitungen zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und den Blitzröhrenelektroden so isoliert sein, daß die Isolation Spannungen dieser Größe standhält, um Überschläge zwischen den Blitzröhrenleitern und der Anregungskammer zu vermeiden.

Bei den bekannten Nebenschluß-Zündanordnungen wird das Gas der Blitzröhre anfänglich durch ein elektrisches Feld ionisiert, das durch einen Stromfluß in einem Zünddraht erzeugt wird, der die Blitzröhre umgibt. Der Zünddraht ist mit der Sekundärwicklung eines Zündtransformators verbunden, der außerhalb der Anregungskammer angeordnet ist. Da bei einer Nebenschluß-Zündanordnung der Entladungsstrom der Blitzröhre nicht durch den Zündtransformator fließt, können beträchtlich kleinere und leichtere Transformatoren als bei Einrichtungen zur seriellen Zündung benutzt werden. Nichtsdestoweniger

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müssen, da auch, hier für bestimmte Blitzröhren Zündspannungen von 25.OOO V und mehr benötigt werden, die Leiter, die die Zündspannung in die Anregungskammer leiten, ausreichend spannungsfest isoliert sein· Daher trägt auch bei Nebenschluß-Zündeinrichtungen die erforderliche Leiterisolation stark zu Größe, Gewicht und Kosten der gesamten Laseranordnung bei«.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Zünden einer Blitzröhre für optische Sender oder Verstärker zu schaffen, die für vergleichbare Zündpotentiale beträchtlich kleiner, leichter und billiger als bekannte Zündanordnungen ist.

Diese Aufgabe-wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das optisch aktive Element und die Blitzröhre innerhalb eines Transformators angeordnet sind, der ein spulenkörperartiges Teil aus elektrisch nichtleitendem Material umfaßt, das die sich längs der Achse des spulenkörperartigen Teils erstreckende Anregungskammer begrenzt, daß das spulenkörperartige Teil koaxial von einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung umgeben ist, daß die Sekundärwicklung radial innerhalb der Primärwicklung angeordnet ist und daß das Zündnetzwerk mit der Primärwicklung des Transformators verbunden ist und dazu dient, der Primärwicklung Zündimpulse zuzuführen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine kompakte und zuverlässige Anordnung zum Zünden der Blitzröhre eines optischen Senders oder Verstärkers geschaffen

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wird, die es nicht erfordert, innerhalb der Anregungskammer eine hohe Spannung zu erzeugen, so daß die Notwendigkeit für komplizierte und aufwendige Isolationsanordnungen innerhalb oder in der Nähe der Anregungskammer vermieden wird.

V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung des in der Zeichnung teilweise im Längsschnitt und teilweise, in Form eines Schaltschemas dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung je für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwirklicht sein.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung enthält zum Zünden einer Blitzröhre 18 einen Transformator ΊΟ, der auf einen spulenkörperartigen elektrisch nichtleitenden Kern 12 gewickelt ist. Der Kern 12 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Berylliumoxid oder Aluminiumoxid, obwohl auch andere elektrisch isolierende Materialien geeignet sind. Der Kern 12 ist an seinen Enden mit je einem sich radial nach außen erstreckenden ringförmigen Wandteil 13 bzw. 14· versehen und begrenzt einen langgestreckten axialen Hohlraum, der die Anregungskammer 15 der Anordnung bildet. Die Anregungskammer 15 kann beispielsweise die Gestalt eines Zylinders mit kreisförmigem, elliptischem oder nahezu elliptischem Querschnitt haben. Bei Bedarf kann die Wand der Anregungskammer 15 mit einem Überzug aus hochreflektierendem Material, wie Gold oder Silber, versehen sein.

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Ein langgestrecktes Element 16 aus optisch aktivem Material und eine Anregungs-Blitzröhre 18 sind durch nicht dargestellte Mittel parallel zueinander innerhalt) der Anregungskammer 15 montiert. Obwohl das optisch aktive Element 16 vorzugsweise ein Stab aus festem Material, wie z.B. Nd:YAG, Nd:Glas, Rubin usw. ist, kann jedes aktive Material verwendet werden, das optisch angeregt werden kann. Die Blitzröhre 18 wird im Hinblick auf die gewünschte spezielle optische Anregung gewählt und enthält üblicherweise Krypton oder Xenon. In einem speziellen Fall, wenn das aktive Material 16 aus ITd besteht, kann beispielsweise eine Xenon-Blitzlampe mit der Bezeichnung L9O9-OO1 verwendet werden, die von der Firma ILC in Sunnyvale, Calif., hergestellt wird.

Eine Elektrode der Blitzröhre 18 ist mit einem impulsformenden Netzwerk 20 verbunden, während die andere Elektrode der Blitzröhre 18 mit einem Referenzpotential verbunden ist, das in der Zeichnung als Masse dargestellt ist. Das impulsformende Netzwerk 20 enthält eine Spule 22, die zwischen die benachbarte eine Elektrode der Blitzröhre 18 und die Klemme 24 eines Netzgerätes, die eine Gleichspannung +V,, liefert, geschaltet ist, und einen Kondensator 26, der zwischen die Klemme 24 und Massepotential eingeschaltet ist«, In einem speziellen Beispiel, wenn die oben erwähnte Xenon-Blitzlampe L9O9-OO1 verwendet wird, kann die Spule 22 eine Induktivität von etwa 50/"Ή, der Kondensator 26 eine Kapazität von etwa 20/AF und die Spannung V^. einen Wert von etwa 1000 V aufweisen.

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Der Transformator 10 umfaßt eine Primärwicklung 30 und wenigstens eine Sekundärwicklung 32, die koaxial zur und radial innerhalb der Primärwicklung $0 angeordnet ist. Um eine hohe Spannungsaufwärtstransformation zu erzielen und gleichzeitig das elektrische Feld außerhalb des Transformators 10 möglichst klein zu machen, werden vorzugsweise mehrere von in Serie geschaltete Sekundärwicklungen 32 verwendet. Die Wicklungen 32 sind in unterschiedlicher radialer Lage koaxial um den Kern 12 gewickelt und es sind die in Längsrichtung entgegengesetzten Enden eines jeden Paares aufeinanderfolgender Sekundärwicklungen 32 durch einen Leiter 34- miteinander verbunden. Es sei festgestellt, daß, obwohl drei Sekundärwicklungen 32 in der Zeichnung dargestellt sind, in Abhängigkeit von den speziellen Anforderungen der Konstruktion jede praktisch mögliche Anzahl verwendet werden kann. Beispielsweise wären eine Primärwicklung 30 mit 50 Windungen und drei Sekundärwicklungen 32 mit jeweils 1000 Windungen für einen Transformator 10 geeignet, der dazu ausgelegt ist, einen Eingangsspannungspuls von 500 V Amplitude auf 30.000 V am entfernten Ende 36 der innersten Sekundärwicklung 32 hochzutransformieren. Eine Schicht 38 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, ist jeweils zwischen jeder Sekundärwicklung 32 und dem benachbarten Verbindungs leiter 34· sowie zwischen der äußersten Sekundärwicklung 32 und der Primärwicklung 30 und außerhalb der Primärwicklung 30 angeordnet. Der restliche Raum zwischen den Wandteilen 13 und 14 an den Enden des Kernes 12 ist mit einer geeigneten

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hochspannungsfesten Vergußmasse 40 versehen, z.B. aus Epoxyharz, um die Wicklungen 30 und 32 und die elektrischen Leiter 34 zusätzlich zu isolieren.

Ein Ende der äußersten Sekundärwicklung 32 und das benachbarte Ende der Primärwicklung 30 sind elektrisch miteinander und mit Massepotential verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung 30 ist mit einem Zündnetzwerk 42 verbunden. Das Zündnetzwerk 4-2 enthält einen strombegrenzenden Widerstand 44 und die Anoden-Kathoden-Strecke eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters 46, die in Serie zwischen eine die Klemme 48 eines Netzgerätes und Masse geschaltet sind«, Die Klemme 48 liefert eine Gleichspannung +Vp, die beispielsweise für die oben erwähnten Transformatorparameter etwa 500 V betragen kann» Der gesteuerte Silizium-Gleichrichter 46 hat eine Steuerelektrode, die mit einer Klemme 50 verbunden ist_$ der Eingangszündimpulse zugeführt werden. Ein Kondensator 52, der für die oben erwähnten Transformatorparameter eine Kapazität von etwa 1,0 /M-F haben kann, ist zwischen das benachbarte Ende der Primärwicklung 30 und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 44 und dem gesteuerten Silizium-Gleichrichter 46 geschaltet.

Beim Betrieb der soeben beschriebenen Anordnung zur Zündung der Blitzröhre ist der gesteuerte Silizium-Gleichrichter 46 anfänglich nichtleitend und der Kondensator 52 des Zündnetzwerkes ist auf die Spannung Vg aufgeladen. Wenn dann der Eingangsklemme 50 ein Zündimpuls zugeführt wird, wird der gesteuerte Silizium-Gleichrichter 46 leitend

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und es entlädt sich der Kondensator 52 über die Anoden-Kathoden-Strecke des Gleichrichters 46 und die Primärwicklung 30 cLes Trans format or s 10. Dadurchwird in der Sekundärwicklung 32 des Transformators eine Spannung induziert, die ein elektrisches Feld innerhalb der Anregungskammer 15 erzeugt. Dieses elektrische Feld verursacht eine ausreichende Ionisation des Gases innerhalb der Blitzröhre 18, um eine elektrische Entladung in der Blitzröhre 18 in Gang zu bringen, die für eine durch die Zeitkonstante des impulsformenden Netzwerks 20 bestimmte Zeit aufrecht erhalten wird. Während die Entladung andauert, emittiert die Blitzröhre 18 eine Anregungsstrahlung, die das optisch aktive Material 16 in einen fluoreszierenden Zustand anregt.

Man sieht, daß bei Verwendung der oben genannten spezifischen Parameter in einer Anordnung gemäß der Erfindung eine Zündspannung von etwa 30.000 V am Ende 36 der Sekundärwicklung 32 des Transformators erzeugt wird. Die Anregungskammer 15 ist jedoch gegen diese hohe Spannung nicht nur durch den Kern 12 des Transformators, sondern auch durch die Vergußmasse 40 isoliert. Weiterhin werden keine speziellen isolierten Leiter oder andere Anordnungen benötigt, um die Zündspannung in die Anregungskammer zu leiten. Daher wird durch die Erfindung eine Anordnung zur Zündung der Blitzröhre eines optischen Senders oder Verstärkers geschaffen, die kompakt, leicht und billig ist und bei der eine zuverlässige Zündung der Blitzröhre ohne die Gefahr von Überschlägen innerhalb der Anregungskammer sichergestellt ist.

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Obwohl die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

Optischer Sender oder Verstärker mit einem innerhalb einer langgestreckten Anregungskammer angeordneten optisch aktiven Element,einer in der Anregungskammer parallel zum optisch aktiven Element angeordneten Blitzröhre, einem Zündnetzwerk für die Blitzröhre und einem mit der Blitzröhre gekoppelten impulsformenden Netzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch aktive Element (16) und die Blitzröhre (18) innerhalb eines Transformators (10) angeordnet sind, der ein spulenkörperartiges Teil (12, 13) aus elektrisch nichtleitendem Material umfaßt, das die sich längs der Achse des spulenkörperartigen Teils erstreckende Anregungskammer(i5) begrenzt, daß das spulenkörperartige Teil (12, 13) koaxial von einer Primärwicklung (30) und mindestens einer Sekundärwicklung (32) umgeben ist, daß die Sekundärwicklung (32) radial innerhalb der Primärwicklung angeordnet ist und daß das Zündnetzwerk (42) mit der Primärwicklung (30) des Transformators verbunden ist und dazu dient, der Primärwicklung Zündimpulse zuzuführen.
2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (10) eine Anzahl von in Serie geschalteten Sekundärwicklungen (32) aufweist, die um das spulenkörperartige Teil (12, 13) innerhalb der Primärwicklung (30) mit unterschiedlichen Radien gewickelt sind·

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3* Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das impulsformende Netzwerk (20) einen Kondensator (26), der zwischen die Klemmen (24-, Masse) einer Quelle elektrischer Energie geschaltet ist, und eine Spule (22) enthält, die zwischen eine der Klemmen (2A-) der Quelle und eine Elektrode der Blitzröhre (18) geschaltet ist, während die andere Elektrode der Blitzröhre (18) mit der anderen Klemme der Quelle verbunden ist.
4. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündnetzwerk (42) einen gesteuerten Gleichrichter (46) aufweist, daß der Strompfad des Gleichrichters (46) und ein 7/iderstand (44) in Serie zwischen die Klemmen (48, Masse) einer Quelle elektrischer Energie geschaltet sind, daß das Zündnetzwerk (42) weiterhin einen Kondensator (52) aufweist, der zwischen eine Klemme der Primärwicklung (30) und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand (44) und dem gesteuerten Gleichrichter (46) geschaltet ist, wogegen die andere Klemme der Primärwicklung mit einer Klemme (Masse) der Quelle verbunden ist, und daß die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters (46) mit einer Impulsquelle verbunden ist.
5. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Quellen elektrischer Energie vorhanden sind, die eine gemeinsame Klemme (Masse) haben, die mit dem gesteuerten

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Gleichrichter (45), dem Kondensator (26) des impulsformenden Netzwerkes (20), der Primärwicklung (30), der Sekundärwicklung (32) und einer Elektrode der Blitzröhre (18) verbunden ist.
6· Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Primärwicklung (30) mit einem Ende der äußersten Wicklung einer Anzahl von Sekundärwicklungen (32) verbunden ist, daß elektrische Leiter (34) zur Verbindung einander entgegengesetzter Enden jedes Paares von aufeinanderfolgenden Sekundärwicklungen vorgesehen sind, daß eine elektrisch isolierende Schicht (38) zwischen jeder Sekundärwicklung (32) und dem benachbarten verbindenden Leiter (34) und zwischen der äußersten Sekundärwicklung (32) und der Primärwicklung (30) vorgesehen ist, und daß die Primärwicklung (30) und die Sekundärwicklungen (32) und die verbindenden Leiter (34) auf dem spulenähnlichen Teil (12, 13) in einer elektrisch isolierenden Kunststoff-Vergußmasse (40) eingebettet sind.
7. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spulenkörperartige Teil (12, 13) aus einem keramischen Material besteht.

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