DE2201295B2 - Anregungsanordnung für optische Sender oder Verstärker - Google Patents
Anregungsanordnung für optische Sender oder VerstärkerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anrcgungsanordtiung
für optische Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung, bei der das stimulierbare Medium
benachbart zur Anregungslampe und parallel da/u innerhalb einer zylindrischen Anregungskammer
angeordnet ist, die zugleich als elektrisch isolierender
Wickelkörper für eine Wicklung dient, die die Zündung der Anregungslampe bewirkt.
Ein optischer Sender oder Verstärker mit einer solchen Anregungsanordnung ist aus der USA Patentschrift
"3 265 ()89 bekannt. Der bekannte
optische Sender oder Verstärker weist einen Rubinstab als stimuüerbares Medium auf, der im Innern
einer als doppelwandiges Rohr ausgebildeten Anregungslampe angeordnet ist. Diese rohrförmige Anregungslampe
ist auf einem Teil ihrer Länge von eine, HF-Spule umgeben, an die eine Wechselspannung
von 4 MHz angelegt wird. Im Bereich dieser Spule wird im Innern des doppelwandigen Rohrs eine Gasentladung
angeregt. Außerdem ist an der Innenseite und der Außenseite des die Airegungslampe bildenden
doppelwandigen Rohrs im Bereich der Gasentladungsstrecke ein Kühlmantel angeordnet.
Dieser bekannte optische Sender oder Verstärker ist nur für den Dauerstrichbetrieb geeignet, weil von
der die Anregungslampe umgebenden HF-Spule nur dann eine Gasentladung angeregt werden kann, wenn
der Gasdruck innerhalb der Anregungslampe mit Hilfe zusätzlicher Heizanordnungen gesteuert wird.
Zum Zünden ist ein niedrigerer Gasdruck erforderlich als während des Normalbetriebs. Statt dessen könnten
zwar auch besondere Zündelektroden verwendet werden,
die eine Ionisation des Gases im Bereich des von der HF-Spule umschlossenen Raums bewirken,
jedoch wird auch hierdurch nicht ein Blitzbetrieb der Anregungslampe ermöglicht, weil dazu eine Tastung
des HF-Felds erforderlich wärt·, die bei der bekannten Anordnung nicht beabsichtigt und praktisch mit
kurzen Impulszeiten auch nicht möglich ist.
Bei optischen Sendern oder Verstärkern, die im Impulsbetrieb arbeiten, finden zum Anregen des
stimulierbaren Mediums Blitzlampen mit speziellen Zündeinrichtungen Verwendung. Dabei sind sowohl
Anordnungen mit einer seriellen Zündung als auch mit einer Nebenschlußzündung bekannt. Bei der
seriellen Zündung wird der Zündimpuls, der das Gas der Blitzlampe ionisiert, direkt einer Elektrode der
Blitzlampe zugeführt, z. B. mit Hilfe eines Zündtransformators, dessen Sekundärwicklung zu den
Elektroden der Blitzlampe in Serie geschaltet ist. Da bei Anordnungen zur seriellen Zündung die Sekundärwicklung
des Transformators den Rückweg für den Blitzlampenentladungsstrom bildet, muß der
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Transformator so konstruiert sein, daß er relativ große Ströme, z. B. von einigen hundert Ampere,
führen kann. Transformaturen, die diese Eigenschaft haben, sind gewöhnlich groß, schwer und teuer. Da
einige Blitzlampen Zündspannungen von 25 (HM) V und mehr erfordern, müssen weiterhin die elektrischen
Lesungen zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und den Elektroden der Blitzlampe
s(i isoliert sein, daß die Isolation Spannungen dieser
Größe standhält, um überschlage zwischen den Blitzlampen und der Anregungskammer zu vermeiden.
Bei den bekannten NebenschluGzündanordnungen wird das Gas der Blitzlampe anfänglich durch ein
cV'-.irisches Feld ionisiert, das durch einen Strom-
!lii 13 in einem Zünddraht erzeugt wird, der Jie Blitzlampe
umgibt. Der Zünddraht ist mit der Sekundärwicklung eines Zündtransformators verbunden, der
außerhalb der Anregungskammer angeordnet ist. Da bei einer Nebenschlußzündanordnung der Entladunesstroni
der Blitzlampe nicht durch den Zündtransformator fließt, können beträchtlich kleinere un·! leichtere
Transformatoren als bei Einrichtungen zur seriellen Zündung benutzt werden. Nichtsdestoweniger
müssen, da auch hier für bestimmte Blitzlampen Zündspannungen von 25 (K)O V und mehr renötigt
werden, die Leiter, die die Zündspannung in die Anregungskammer leiten, ausreichend spannungsfest
isoliert sein. Daher trägt auch bei Ncbenschiußzündeinrichtungen
die erforderliche Leiterisolation stark zu Größe. Gewicht und Kosten der Gesamtanordnung
eines optischen Senders oder Verstärkers bei.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anregungsanordnung für optische Sender oder
Verstärker mit einer Einrichtung zum Zünden der Blitzlampe zu schaffen- die für vergleichbare Zündpotentiale
beträchtlich kleiner, leichter und billiger als bekannte Zündeinrichtungen ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß erstens die Anregungslampe eine seitlich
neben dem stimulierbaren Medium angeordnete Blitzlampe ist, daß zweitens auf dem Wickelkörper ein
vollständiger, lediglich der Zündung der Blitzlampe dienender Transformator aufgebracht ist. auf dessen
innere Sekundärwicklung sich nach außen eine Primärwicklung anschließt, die mit einem eigene η Zündnetzwerk
verbunden ist, und daß drittens die eigentliche Entladungsenergie für die Blitzlampe aus einem
selbständigen impulsformenden Netzwerk den Elektroden der Blitzlampe zugeführt ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Anregungsanordnung mit einer kompakten und zuverlässigen
Einrichtung zum Zünden der Blitzlampe eines optischen Senders oder Verstärkers geschaffen wird,
die es nicht erfordert, innerhalb der Anregungskammer eine hohe Spannung zu erzeugen, so daß die
Notwendigkeit für komplizierte und aufwendige Isosationsanordnungen
innerhalb oder in der Nähe der Anregungskammer vermieden wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung teilweise im Längsschnitt und teilweise
in Form eines Schaltschemas dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher beschrieben
und erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung enthält zum Zünden einer Blitzlampe 18 einen Transformator
10, der auf einen Wickelkörper mit einem 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 Flansch 13 bzw. 14 versehen
und begrenzt einen langgestreckten axialen Hohlraum, der die Anregungskammer 15 der Anordnung
bildet. Die Anregungskammer 15 kann bei-
spielsweise 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 ver-
is sehen sein.
Ein langgestrecktes stimulierbares Medium 16 und die Anregungsblit/lampe IK sind durch nicht dargestellte
Mittel parallel zue ander und nebeneinander innerhalb der Anregungsk^mmer 15 angeordnet. Obwohl
das stimulierbare Medium 16 vorzugsweise ein Stab aus festem Material, wie z. B. Nd:YAG.
NTd:Glas. Rubin usw. ist, kann jedes Material \ erwendet
werden, das zur Auslösung kohärenter Strahlung unter optischer Anregung geeignet ist. Die Blitzlampe
18 wird im Hinblick auf die gewünschte spezielle optische Anregung gewählt und enthält
üblicherweise Krypton odet Xenon. Wenn das stimulierbare
Medium 16 ND3+ als wirksames Material enthält, kann vorzugsweise eine Xenon-Blitzlampe
verwendet werden.
Eine erste Elektrode der Blitzlampe 18 ist mit einem impulsformenden Netzwerk 20 verbunden,
während die zweite Elektrode mit einem Bezugspotential verbunden ist, das in der Zeichnung als
Masse dargestellt ist. Das impulsformende Netzwerk 20 besteht aus einer Spule 22, die zwischen die benachbarte
erste Elektrode der Blitzlampe 18 und die Klemme 24 eines Netzgeräts, das eine Gleichspannung
+ V1 liefert, geschaltet ist. und aus einem Kon-
<o densator 26. der zwischen die Klemme 24 und Massepotential
geschaltet ist. Im Falle der Verwendung einer handelsüblichen Xenon-Blitzlampe L 'XW-OOl
kann beispielsweise die Induktivität der Spule 22 etwa 50 uH, die Kapazität des Kondensators 26 etwa
20 uF und die Spannung V, etwa 1000 V betragen.
Der Transformator 10 umfaßt eine Primärwicklung 30 und wenigstens eine Sekundärwicklung 32, die
koaxial zur und radial innerhalb der Primärwicklung 30 angeordnet ist. Um eine hohe Spannungsaufwärtstransformation
zu erzielen und zugleich das elektrische Feld avßerhalb des Transformators 10 möglichst
klein zu machen, weist die Sekundärwicklung 32 vorzugsweise mehrere in Serie geschaltete Lagen auf.
Die Lagen der Wicklung 32 sind übereinander um den Kern 12 gewickelt, und es sind die in Längsrichtung
entgegengesetzten Enden eines jeden Paars aufeinanderfolgender Lagen durch einen Leiter 34 miteinander
verbunden. Es sei festgestellt, daß. obwohl drei Lagen in der Zeichnung dargestellt sind, in Abhängigke:t
von den speziellen Anforderungen der Konstruktion jede praktisch mögliche Anzahl verwendet
werden kann. Beispielsweise wären eine Primärwicklung 30 mit 50 Windungen und eine Sekundärwicklung
32 mit drei Lagen mit jeweils KK)O 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 Lage der Sekundärwicklung 32
hoch/.utransformicrcn. Eine Schicht 38 aus elektrisch
isolierendem Material, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, ist jeweils /wischen jeder Lage der
Sekundärwicklung 32 und dem benachbarten Verb'mdungslcitcr 34 sowie /wischen der äußersten Lage der
Sekundärwicklung 32 und der Primärwicklung 30 und außerhalb der Primärwicklung 30 angeordnet.
Der restliche Raum zwischen den Flanschen 13 und 14 an den Enden (Stirnflächen) des Kerns 12 ist mit
einer geeigneten hochspannungsfesten Vergußmasse 40 versehen, z. B. aus Epoxyharz, um die Wickhinpen
30 und 32 und die elektrischen Leiter 34 zusätzlich zu isolieren.
Ein Ende der äußersten Lage der Sekundärwicklung 32 und das benachbarte Ende der Primärwicklung
30 sind elektrisch miteinander und mit Masse verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung 30
ist mit einem Zündnetzwerk 42 verbunden. Das Zündnetzwerk 42 enthält einen strombegrenzenden
Widerstand 44 und einen gesteuerten Siliziumgleichrichtcr 46, die beide in Serie zwischen die eine
Klemme 48 eines Netzgeräts und Masse geschaltet sind. Die Klemme 48 liefert eine Gleichspannung
+ V.„ die beispielsweise für die oben erwähnten Transformatorparameter etwa 500 V betragen kann.
Der gesteuerte Siliziumglcichrichtcr 46 hat eine Steuerelektrode, die mit einer Klemme 50 verbunden
ist, der Eingangszündimpuise zugeführt werden. Ein Kondensator 52, der für die oben erwähnten Transformatorparameter
eine Kapazität von etwa 1,0 |iF haben kann, ist zwischen das benachbarte Ende der
Primärwicklung 30 und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 44 und dem gesteuerten Siliziumglcichrichtcr
46 geschaltet.
Beim Betrieb der soeben beschriebenen Anordnung zur Zündung der Blitzlampe ist der gesteuerte Siliziumglcichrichtcr
46 anfänglich nichtleitend und der Kondensator 52 des Zündnetzwerks auf die Spannung
V., aufgeladen. Wenn dann der Eingcngsklcmme 50 ein Züudimputs zugeführt wird, wird der gesteuerte
Siliziumglcichrichtcr 46 leitend, und es cntlädt
sich der Kondensator 52 über die Anodcn-Kathoden-Strcckc
des Gleichrichters 46 und die Primärwicklung 30 des Transformators 10. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 32 des Transformators
eine Spannung induziert, die ein elektrisches Feld
>o innerhalb der Anregungskammer 15 erzeugt. Dieses
elektrische Feld verursacht eine ausreichende Ionisation
des Gases innerhalb der Blitzlampe 18, um eine elektrische Entladung in der Blitzlampe 18 in Gang
zu bringen, die für eine durch die Zeitkonstante des impulsformcnden Netzwerks 20 bestimmte Zeit aufrecht
erhalten wird. Während die Entladung andauert, emittiert die Blitzlampe 18 eine Anregungsstrahlung,
die das stimulicrbarc Medium 16 in einen fluoreszierenden Zustand über den Schwellenwert
ao anregt.
Man sieht, daß bei Verwendung der obengenannten spezifischen Parameter in einer Anordnung gemäß
der Erfindung eine Zündspannung von etwa 30 000 V arii 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 Vcrgußma«;«;? 40 isoliert. Weiterhin werden keine
speziellen isolierten Leiter oder andere Anordnungen benötigt, um die Zündspannung in die Anregungskammer 15 zu leiten. Daher wird durch die Erfindung
eine Anordnung zur Zündung der Blitzlampe eines optischen Senders oder Verstärkers geschaffen, die
kompakt, leicht und billig ist und bei der eine zuverlässige
Zündung der Blitzlampe ohne die Gefahr von Überschlagen innerhalb der Anregungskammer
sichergestellt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anregungsanordnung für optische Sender
oder Verstärker für kohärente Strahlung, bei der
das stimulierbare Medium benachbart zur Anregungslampe und parallel dazu innerhalb einer
zylindrischen Anregungskammer angeordnet ist. die zugleich als elektrisch isolierender Wickelkörper
für eine Wicklung dient, die die Zündung <-o der Anregungslainpe bewirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß erstens die Anregungslampe eine seitliche neben dem stimulierbaren Medium (16) angeordnete Blitzlampe (18) ist. daß
zweitens auf dem Wickel körper (12 bis 14) ein vollständiger, lediglich der Zündung der Blitzlampe
(18) dienender Transformator (101 aufgebracht ist, luf dessen innere Sekundärwicklung
(32) sich nach außen eine Primärwicklung (30) anschließt, die mit einem eigenen Zündnetzwerk
(42) \erbunden ist. und daß drittens die eigentliche Entladungsenergie für die Blitzlampe (18)
aus einem selbständigen impulsformenden Netzwerk (20) den Elektroden der Blitzlampe (18)
zugeführt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß das impuKformende Netzwerk (20) einen Kondensator (26), der zwischen die
Klemmen (24. Massel einer Quelle elektrischer Energie geschaltet ist. unc eine Spule (22) ent- 3a
hält, die zwischen eine der Klemmen (24) der
Quelle und eine erste Elektrode v.er Blitzlampe
(18) geschaltet ist. während die zweite Elektrode urr Blitzlampe (18) mit der Masse verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet,
daß das Zündnetzwerk (42) otens einen gesteuerten Gleichrichter (46) aufweist, der
mit einem Widerstand (44) in Serie zwischen die Klemmen (48, Masse) einer Quelle elektrischer
Energie geschaltet ist, zweitens einen Kondensator (52) aufweist, der zwischen eine Klemme der
Primärwicklung (30) und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstund (44) und dem gesteuerten
Gleichrichter (46) geschaltet ist, wobei die andere Klemme der Primärwicklung (30) mit
einer Klemme (Masse) der Quelle und die Steuere'ektrode des gesteuerten Gleichrichters (46) mit
einer Impulsquelle (50) verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Quellen (24, 48)
elektrischer Energie vorhanden sind, die eine gemeinsame Klemme (Masse) haben, die mit dem
gesteuerten Gleichrichter (46), dem Kondensator (26) des impulsformenden Netzwerks (20), der
Primärwicklung (30), der Sekundärwicklung (32) und der zweiten Elektrode der Blitzlampe (18)
verbunden ist.
5. Anordnung 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 Paars 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 Wickelkörper (12, 13) in einer elektrisch isolierenden
Kunststoftvergußmasse (40) eingebettet sind.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wickelkörper (12, 13) aus einem keramischen Material besteht.
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