DE2310890A1

DE2310890A1 - Vorrichtung zur aenderung einer ankommenden elektromagnetischen strahlung

Info

Publication number: DE2310890A1
Application number: DE19732310890
Authority: DE
Inventors: David Henry Auston; Alastair Malcolm Glass
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-03-07
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1973-09-20
Also published as: SE388291B; GB1424539A; US3899428A; FR2175090A1; FR2175090B1; BE796289A; NL7303126A; CA970866A; JPS48103192A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Auston 1-6

Incorporated

New York, N. Y., 10007, USA

Vorrichtung zur Änderung einer ankommenden elektromagnetischen Strahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung einer in einem Wellenlängenbereich mit max. IO Mikrometer Wellenlänge ankommenden elektromagnetischen Strahlung, deren Eingangsintensität einer zeitlichen Änderung entsprechend einer Zyklusdauer von bis zu 10 Terahertz unterliegt, mit einem Wandler, der ein die Intensitätsänderung der Eingangsstrahlung wiedergebendes elektrisches Signal abzugeben vermag.

Das zunehmende Tempo der Bitwicklung im elektronischen Bereich hat ein gleichzeitiges Anwachsen der Trägerfrequenz und der Bandbreite elektromagnetischer Strahlung für eine Vielzahl von Anwendungen mit sich gebracht. Ein Anstoß kommt von verschiedenen Richtungen. Beispielsweise hat die rasche Entwicklung sowohl von privaten als auch von Massennachrichtenanlagen einen ständig wachsenden Bedarf für mehr Nachrichtenkanäle

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mit sich gebracht. Zur Zeit ist es üblich, in mannigfaltigen Anlagen mit Hilfe von Frequenzmultiplex-Methoden eine Vielzahl von Trägern bereitzustellen. Im letzten Jahrzehnt sind Trägerfrequenzen für allgemeine Anwendung, beispielsweise für Mikrowellenübertragungsanlagen, bis in einen Bereich der Größenordnung von 10 bis 60 Gigahertz angewachsen.

Die Verbreitung des Laseroszillators in den frühen 60iger Jahren legte die interessante Möglichkeit noch höherer Trägerfrequenzen und damit breitbandigerer Übertragungsleitungen nahe, und es ist beträchtliche Forschung auf Systeme zum Modulieren und Demodulieren kohärenten Lichtes gerichtet worden, um aus den innewohnenden Breitbandmöglichkeiten Vorteil zu schlagen.

Das Interesse an weiterer Erhöhung der oberen Frequenzgrenze elektrischer Impulse umfaßt sowohl gepulste als auch Dauerstrich-Energie. Die mögliche Anwendung solcher Impulse ist nicht auf Nachrichtenanlagen begrenzt, sondern kann wissenschaftliche Vorrichtungen betreffen, beispielsweise rasches elektronisches Durchsteuern, was dem Zweck der Zeitauflösung von Absorptions- und/oder Emissionsspektren dient, die sich durch Anregung einer Vielzahl chemischer Substanzen ergeben. Andere Anwen-

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düngen umfassen Kurzdistanzanlagen, wie in Computern, Hausnachrichtenanlagen usw. Die zur Durchführung irgendeiner der obigen Funktionen verwendeten Mechanismen sind vielfältig. In Lichtübertragungsanlagen umfassen sie beispielsweise elektrooptische, magnetooptische und akustooptische Einrichtungen. Konventionelle Methoden für kommerzielle Verwendung, insbesondere zur Trägererzeugung, umfassen derzeit eine Vielzahl von Lösungen unter Verwendung von Halbleitern, beispielsweise Gunneffektelemente, Impatt-Dioden, Step-Reeovery-Dioden (Stufen-Wiedergewinnungsdiode) usw.

Bauelemente, die sich noch im experimentellen Zustand befinden, umfassen Josephson-Übergangsoszillator en und pyroelektrische Vorrichtungen. Ein Übersichtsartikel, der die letztere Gruppe beschreibt, bei welcher eine Umsetzung von Energie in Wärme (thermalization of energy) zur Erzeugung von elektrischen Impulsen führt, findet sich in Procedings on the Symposium on Submillimeter Waves, Polytechniv Institute of Brooklyn, New York, Polytechnic Press, Seite 294 (1970).

Vom praktischen Standpunkt her ist es schwierig gewesen, Impulse im Bereich von etwa 100 GHz bis über 1000 GHz zu erzeugen. Auf der Seite des niedrigen Frequenzendes stellt den beachtenswertesten Fortschritt wahrscheinlich das Klystron dar, welches Milliwatt-

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Leistung bei so hohen Frequenzen wie etwa 300 GHz ergibt. Auf der anderen Seite hat die Entwicklung von Gaslasern im fernen Infrarotbereich zur Erzeugung von Strahlung bis hinab zu Frequenzen in der Größenordnung von 1000 GHz und weniger geführt.

Wenn auch sicherlich Einbrüche in dieses "verbotene" Band gemacht worden sind, so sind soweit entwickelte Vorrichtungen im allgemeinen teuer und ineffizient, und sie vermögen im allgemeinen nicht bei Leistungspegeln zu arbeiten, die bei Dauerstrich-Betrieb oberhalb der Größenordnung von Milliwatt liegen. Impulsquellen, die mit entsprechender Wiederholungsgeschwindigkeit arbeiten, sind praktisch nicht verfügbar.

Die obigen Probleme werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wandler einen Körper aus einem Material aufweist, das elektrische Polarisation im Makromaßstab zeigt und eine absorbierende Substanz mit einer maximalen Absorptionslänge von etwa 0, 2 mm im angegebenen Wellenlängenbereich enthält, wobei die Absorption aufgrund einer Änderung der Elektronenkonfiguration der absorbierenden Substanz von einem Grundzustand in einen Anregungszustand stattfindet, und die absorbierende Substanz im Grundzustand ein Dipolmoment von wenigstens 0, 01 Debye

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aufweist, wenn die Umgebung der absorbierenden Substanz polar ist, wodurch die elektronische Anregung zu einem elektrischen Impulssignal führt, das die resultierende Wirkung aller solcher auf die Änderung der Eingangsstrahlung hin auftretender Impulse darstellt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich

tungsanordnung der Erfindung, dergemäß ein eine absorbierende Substanz umfassendes Medium ankommende elektromagnetische Strahlung in einen elektrischen Impuls umwandelt, der in den freien Raum abgestrahlt wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eine gleiche Vor

richtung, bei welcher der resultierende elektrische Impuls in zwei Drahtelektroden eingespeist wird; und

Fig. 3 eine solche Anordnung, bei welcher die durch ein

Medium erfindungsgemäß umgewandelte ankommende elektromagnetische Strahlung in eine Übertragungsleitung eingespeist wird, die im optimalen Fall nicht dispersiv ist.

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Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von Vorrichtungen über einen breiten Frequenzbereich zum Arbeiten gebracht, der am unteren Ende bei der Größenordnung von MHz liegen kann, und der am oberen Ende 10 000 GHz hoch sein kann. Solche Vorrichtungen können vielen Zwecken dienen, beispielsweise der Erzeugung von elektromagnetischer Dauerstrich-Strahlung, die im beschriebenen Bereich moduliert oder unmoduliert ist, der Erzeugung gepulster Strahlung mit Komponenten, die in diesem Bereich ein breites Band darstellen, und der Modulation und Demodulation von Trägern, die allgemein im infraroten oder sichtbaren Spektrum liegen, mit solchen Modulationsfrequenzen in diesem Bereich. Modulation oder Demodulation können kontinuierlich oder gepulst vorgenommen werden, und der primäre Zweck einer solchen Demodulation kann der eines einfachen Detektors sein. Mit gepulster Energie arbeitende Vorrichtungen sind für manche Anwendungen aufgrund ihrer extrem raschen Ansprechzeit von besonderem Interesse. Erzeugte oder aufgenommene Impulse können eine Zeitdauer in der Größenordnung von

10 Sekunden oder weniger haben.

Vorrichtungen gemäß der Erfindung hängen von einer neuen Erscheinung ab. Der Betrieb erfordert die direkte Absorption elektromagnetischer Strahlung durch ein Atom oder ein Molekül, um elektronische Anregung zu erzeugen. Diese Strahlung ist in den meisten in Betracht

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kommenden Ausführungsformen im Bereich des infraroten und sichtbaren Spektrums, d.h. im Bereich von 10 Mikrometer über den sichtbaren Bereich bis zu höheren Energien einschl. Röntgen- und Gammastrahlen bis zu Wellenlängen in der Größenordnung von 1 Angstrom oder kurzer. Wenn die atomare oder molekulare Substanz ein Dipolmoment hat, und wenn die Dipolmomente ausgerichtet sind, beispielsweise aufgrund einer gepolten dipolaren Umgebung, besteht-die Wirkung einer solchen direkten Absorption, die einen elektronisch angeregten Zustand erzeugt, darin, eine Änderung im dipolaren Moment einer solchen Substanz zu ergeben. Diese Momentenänderung, die in jeder beliebigen Richtung stattfinden kann, tritt während eines sehr kurzen, der Anregungszeit entsprechenden Intervalls auf und kann in der Größenordnung von weniger als einer Picosekunde oder bis hinab zu einer Femtosekunde (10 Sekunden) oder geringer liegen.

Bevorzugte Ausführungsformen verwenden pyroelektrische Medium, wie beispielsweise Lithiumtantalat, Bariumtitanat in gepolter Form, jedoch entweder einkristallin oder polykristallin die bei der geeigneten Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung selbstabsorbierend sein können oder die absorbierende Dotierstoffe enthalten können.

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Die Anordnung der Fig. 1 umfaßt einen Körper 1, der eine atomare oder molekulare Substanz enthält, die eine ankommende elektromagnetische Strahlung 2 zu absorbieren vermag, um eine Änderung der Elektronenkonfiguration mit gleichzeitiger Änderung des Dipolmomentes zu erzeugen. Eine solche Änderung des dipolaren Momentes ist makroskopisch feststellbar, und zwar wegen einer Ausrichtung der Dipole im Medium 1 aufgrund einer polaren Umgebung. Wie fernerhin beschrieben wird, kann diese polare Umgebung in einer bevorzugten Ausführungsform aufgrund der Natur des Mediums selbst vorhanden sein, wie im Fall eines pyroelektrischen Materials, oder sie kann aufgrund eines mit einer nichtflargestellten Einrichtung angelegten Feldes induziert werden. Pfeil 3 zeigt elektrische Strahlungsenergie, welche die direkte Folge der makroskopischen dipolaren Änderung darstellt, die aus der Elektronenanregung der geeigneten absorbierenden Substanz resultiert. Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Detektoreinrichtung 4, die beispielsweise ein Oszilloskop aufweisen kann, und die Übertrager und zugeordnete Schaltungsanordnungen zur Erzielung einer Vielzahl von Funktionen, wie Demudulation usw. einschließen kann. Die Strahlung 2 kann in dieser oder den anderen dargestellten Ausführungsformen eine Vielzahl von Formen annehmen. Sie kann beispielsweise gepulste Energie aufweisen, die ein breites Band von Frequenzkomponenenten

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enthält, in diesem Fall kann die Strahlung 3 aus einer oder mehreren Impulshüllen zusammengesetzt sein, die niedrigere Frequenzkomponente enthalten. Die Strahlung 2 kann elektromagnetische Dauersfrichstrahlung auch innerhalb des Absorptionsspektrums der geeigneten Substanz im Körper 1 aufweisen, wobei eine solche Dauer strichstrahl selbstmoduliert ist. In diesem Fall kann die Strahlung 3 eine elektrische Dauer Strichenergie sein, die das Modulations signal gibt. Die Strahlung 2 kann zwei oder mehr Wellenlängen kontinuierlicher Strahlung aufweisen, die beide innerhalb des Absorbtionsspektrums liegen. In diesem Fall kann die Strahlung 3 elektrische Energie der resultierenden Schwebungs- oder Differenzfrequenz /en sein. Andere ausführlich fernerhin diskutierte Anordnungen umfassen eine Änderung der Trägerfrequenz, während die Modulation beibehalten wird, wie in Überlagerungsanordnungen usw. Die Detektorvorrichtung 4 kann wahlweise vorhanden sein und kann einer Vielzahl von Zwecken dienen, die von der Art der Strahlung abhängen. Die Detektorvorrichtung kann sich in enger Nachbarschaft zum Körper 1 befinden, wie bei bestimmten Instrumentenanwendungen, oder sie kann entfernt angeordnet sein, wie bei bestimmten Nachrichtenanlagenen.

Fig. 2 umfaßt einen Körper 10, der wiederum eine geeignete

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Substanz enthält, die elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge zu absorbieren vermag, um einen angeregten Dipolzustand zu erzeugen, und eine Detektorvorrichtung 11, bei der es sich um eine der verschiedenen Arten handeln kann, wie sie bei der Diskussion der Fig. 1 angedeutet worden sind. Bei dieser Anordnung ΓββμΙίΐβΓί eine ankommende Strahlung 12, die wiederum in eine der diskutierten Kategorien fallen kann, in einer umgewandelten Energieform, die in diesem Fall mit Hilfe von Elektroden 15 und in Leitungen 13 und 14 eingegeben wird. Die Leitungen 13 und 14, die zur Übertragung einer solchen umgewandelten elektrischen Energie dienen, können wiederum mit Elektroden 17 und 18 elektrischen Kontakt haben, die eine solche Energie der Detektorvorrichtung zuführen.

Fig. 3, die funktionsmäßig der Vorrichtung der Fig. 1 oder 2 gleich ist, umfaßt wiederum einen Körper 20, der allen erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemeinsamen Art. Ein solcher Körper enthält eine geeignete absorbierende Substanz, die sich eines Elektronenübergangs zu unterziehen vermag, um in Abhängigkeit von einer ankommenden Strahlung 21 eine makroskopische Dipoländerung zu erzeugen. Die Vorrichtung dieser Figur ist insofern anders, als eine Übertragungsleitung 22 zur Übertragung von umgewandelter Energie 23 vorgesehen ist.

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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Übertragungsleitung 22 mit in Längsrichtung getrennten leitenden Teilen 24 und 25 versehen. Bekanntlich resultiert die Wirkung solcher Teile in der Ausbreitung einer TEM-Wellenart, die nicht dispersiv ist und somit eine Verschmierung der Energie 23 minimal macht.

Es wurde ausgeführt, daß die Erfindung von der direkten Absorption elektromagnetischer Strahlung geeigneter Wellenlängen abhängt. Für die erfindungsgemäßen Zwecke muß eine solche Strahlung genügend Quantenenergie haben, um die gewünschte Elektronenanregung zu erzeugen. Die meisten dieser Fälle erfordern eine minimale Energie entsprechend einer maximalen Wellenlänge von etwa 10 Mikrometer. Die obere Frequenzgrenze ist nicht beschränkt, wenn man von der letztlichen Zerstörung des Mediums selbst absieht, und kann demgemäß irgendeine Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Spektrums und darüber hinaus bis ins Röntgen-und Gammastrahlen-Spektrum umfassen. Aus praktischen Gründen werden gewöhnliche Medien ejne letztliche Grenze in der Größenordnung von einer Angtrömeinheit auferlegen.

Es wurde ausgeführt, daß die Erfindung abhängig ist von einer solchen Absorption, die in einer Änderung des dipolaren Momentes

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resultiert, wobei die Änderung in der einen oder anderen Form für eine beschriebene Erscheinung verantwortlich ist. Damit ein solche dipolares.Moment der absorbierenden Substanz überhaupt vorhanden ist und in makroskopischem Maßstab sichtbar ist, ist eine polare Umgebung erforderlich. Am einfachsten wird dipolare Umgebung geschaffen durch ein.gepoltes Festkörpermaterial, wie ein Material mit Ferroelektrischem Einzelbezirk, oder umfassender ein pyroelektrisches Material. Diese bevorzugte Ausführungsart kann die Form eines Einkristalls oder eines Vielfachkristalls haben, oder sogar einer Suspension, die in einer inerten Matrix enthalten ist. Für die drei Kategorien sind als Beispiele angegeben Lithiumtantalat, LiTaO₀; heißgepreßte, lanthandotierte Mischungen aus Bariumtitanat, Bleititanat und Bleizirconat; und Epoxy, das mit Bariumstrontiumniobat beladen ist. Alternativen umfassen orientierte mikrokristalline polymere Materialien wie Polyvinylidenfluorid. Andere Lösungen umfassen Umgebungen mit Polarisation, die von äuOeren Feldern herrührt. Diese können gasförmige, flüssige oder feste Medien sein, die unter Verwendung von vorgespannten aufgesetzten (straddling) Elektroden polarisiert sind.

Die absorbierende Substanz kann von Haus aus im Medium sein, beispielsweise das polare oder inerte Medium selbst, oder

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sie kann von planmäßigen Dotieren oder einem Dotierstoffgehalt herrühren. In jedem Fall kann die Substanz überhaupt irgendetwas enthalten, das mit der diskutierten Anordnung kompatible ist. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß sie genügend Energie zu absorbieren vermag, wenn diese mit irgendeinem erwünschten Konzentrationspegel vorhanden ist.

Unabhängig von der verwendeten Lösung ist es möglich, gewisse für eine praktische Durchführung erforderliche minimale Kriterien aufzustellen. Um eine vernünftige Spannung aufgrund der Differenz zwischen dem Grundzustand-Dipolmoment und dem Anregungszustand-Dipolmoment zu entwickeln, ist es nötig, sowohl einen minimalen Absorptionspegel für die betrachtete Strahlung als auch ein minimales Grundzustandsdipolmoment zu haben. Letzteres basiert auf der Beobachtung, daß eine merkliche Änderung des Dipolmomentes zunächst ein vernünftiges Grundzustandsmoment erfordert. Da das GrundzuStandsmoment nicht nur durch die Polarisation des Mediums, das die absorbierende Substanz enthält, orientiert ist, sondern in erster Linie auch darauf beruht, ist in der praktischen Anwendung ein minimaler Polarisationswert nötig.

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Der Absorptionpegel - die Absorption für die betreffende Strahlung sollte wunschgemäß einen Mindestwert von wenigstens 5 cm (was angibt, daß die betreffende Strahlung auf das Hindurchgehen durch 0,2 cm Medium auf den Bruchteil 1/e zurückgegangen ist, wobei e die Basis des natürlichen Logarithmus bedeutet und dem Zahlenwert nach etwa 2, 718 ist). Dieser Absorptionswert kann charakteristisch für eine natürliche Absorption der polarisierenden Mediums selbst oder der eines Dotierstoffes sein. Im gewöhnlichen Material würde ersterer einen Betrieb bei oder über einer oberen Frequenzabsorptionskante (im Unterschied zu einer unteren Frequenzkante, die normalerweise auf Gitter- oder äquivalenter Absorption beruht) nahelegen, während letztere eine Absorption der normalen Durchsichtigkeitsbandbreite des Mediums empfehlen würde. In jedem Fall betrifft die Absorption Elektronen und resultiert direkt in der Erzeugung eines angeregten Elektronenzustandes. Es ist dieser Übergang vom Grund- in einen Anregungszustand, von welchem die Arbeitsweise einer jeden erfindungsgemäßen Ausführungsform abhängt. In der Mehrzahl der Fälle weisen spontanpolarisierte Medium, die vom erfindungsgemäßen Standpunkt her als bevorzugt anzusehen sind, breite Transparentbandbreiten auf, so daß eine ausreichende Absorption bei einer gewünschten Strahlungswellenlänge im bevorzugten Fall ein Dotiermaterial erfordern kann. Wenn auch die zum Erreichen der gewünschten Absorption benö-

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tigte Dotierstoffkonzentration beträchtlich variiert, so ist es generell erforderlich, daß die Dotierhöhe wenigstens 0, 01 Gewichts% beträgt, zumindest bei den meisten üblicheren spontanpolarisierten Medien.

Dipolmoment.

Das Grundzustands-Dipolmoment der absorbieren Substanz liegt wunschgemäß bei einer Höhe von mindestens 0, 01 Debye-Ein- heiten (eine Debye-Einheit ist definiert als Abstand von 1 Ang- strömeinheit pro Ladungseinheit zwischen den den Dipol bil denden entgegengesetzten Ladungen). Diese Grenze ergibt sich aus der Beobachtung, daß ein Dipolmoment von wesentlich weniger als 0,01 Debye-Einheiten für die absorbierende Substanz bei der oben angegebenen minimalen Konzentration auf eine Anregung hin eine Signalstärke ergibt, die zwar meßbar, aber für die meisten Zwecke praktisch zu klein ist.

Medium- Polar isation.

Eine brauchbare minimale Polarisation des Mediums, die ausreichend ist zur Erzeugung eines Dipolmomentes der absorbierenden Substanz in der oben beschriebenen Größenordnung, die demzufolge ausreichend ist, um ein Signal der für die erfindungsgemäßen Zwecke als zweckmäßig betrachteten Größe

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2 zu ergeben, beträgt 0,1 Mikrocoulomb pro cm . (Dies ist auch ein adäquater Wert für eine Ausrichtung einer inherent dipolaren Substanz.) Solche Polarisationen sind in den meisten ferroelektrischen und pyroelektrischen Medien leicht erhältlich, die für die Bauelementeanwendung in Betracht gezogen worden sind. Diese Polarisation kann auch in einem leidlich guten dielektrischen Material (mit einer dielektrischen Konstanten in der Größenordnung von 10 oder größer) mit Hilfe eines angelegten elektrischen Feldes von 10 Volt/cm induziert werden.

Bekanntlich sind geeignete absorbierende Substanzen in der Natur praktisch unbegrenzt. Sie können atomar oder molekular sein; sie können Dotier stoffe oder ein inhärenter Teil des Mediums sein. Es sind viele Substanzen bekannt, die starke Absorptionen für spezielle Strahlungswellenlängen zeigen. Substanzbeispiele zusammen mit einer Angabe der Absorptionswellenlänge folgen. Die aufgezählten atomaren Substanzen sind mit einer Vielzahl von spontanpolarisierten Medien in ausreichender Menge verträglich, um das vorgeschriebene Absorptionsminimum zu erhalten.

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Tabelle
absorbierende Stoffe Näherungswert Hauptabsorption-

	Wellenlänge in Micrometern
Cu²⁺	1,0
Cr³⁺	0,45; 0,65
Nd³⁺	1,06
Co	1,2 : 0,5

Mn und Fe absorbieren über den größten Teil des sichtbaren Spektrums (0,3 bis 1 um). Weitere Beispiele kann man finden in Ligand Field Theory von Carl J. Ballhauser, McGraw Hill, New York (19G2); Atomic Spectra of Molecules an Ions in Crystal von Donald McClure, Academic Press, New York (1959); und Luminescence of Organic Substances von Landott und Bornstein, Springer Verlag, Berlin (1967).

Die erste Kategorie polarer Medien, und die vom erfindungsgemäßen Standpunkt her als bevorzugt angesehene, weist spontanpolarisierte Materialien auf. Solche Medien können übliche wahre pyroelektrische Substanzen sein, die auch Ferroelektrizität aufweisen. Beispiele für solche Materialien sind LiNbO , LiTaO

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BaTiO₃, Triclycensulfat, Äthylendiamintartrat normal oder deuteriert, Barium-Strontiumniobat und andere ferroelektrische Wolframbronzen, Kaliummonophosphat, Ammoniummonophosphat

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und Lithiumsulphatneonohydrat. Für viele der hier beschriebenen Vorrichtungen weist die Ausgangsenergie eine genügend niedrige Frequenz auf, so daß ein Streuen an den Kristalgrenzen nicht erfolgt. Für solche Zwecke können die Medien polykristallin wie auch einkristallin sein. Dies empfiehlt natürlich das Vorhandensein einer Eigenschaft, die eine Polarisation des Mediums zuläßt. In der üblichen bevorzugten Ausführungsform, im Fall eines polykristallinen Mediums, wo die Polarisation spontan ist, verursacht dies allgemein das Erfordernis, daß das Medium Ferroelektrizität aufweist, d.h., daß es auf ein äußeres Feld bei irgendeiner Temperatur so anspricht, daß Polarisation ermöglicht ist.

Eine unlängst untersuchte Gruppe von Materialien, die Polarisation ohne ein angelegtes Feld zeigen, ist ebenfalls geeignet. Mitglieder dieser Gruppe sind Mikrokristallinität zeigende organische Polymere, in denen Kristallite gewöhnlich mittels Kaltverformung orientiert werden, beispielsweise durch ein- oder zweiachsiges Strecken. Ein recht bekanntes Mitglied dieser Gruppe ist Polyvinylidenfluorid.

Materialien, welche die spontane Polarisation nicht zeigen, aber trotzdem geeignet sind, sollten eine ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, um die erforderliche Polarisation

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beim Anlegen eines elektrischen Feldes zweckmäßiger Größe zu ergeben. Es wurde angegeben, daß ein Feld von 10 Volt/cm über einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante von £ gleich 10 zur erwünschten Polarisation von 0,1 Microcoulomb pro Flächeneinheit führt. Mitglieder dieser Gruppe sind beispielsweise Titandioxid und Rutil. Normalerweise können ferroelektrische Materialien in ihrem paraelektrischen Zustand unmittelbar oberhalb ihrer f erroelektrischen Curie-Temperaturen dielektrische Konstanten dieser Größe haben. Besonders in der letzteren Gruppe von Medien können Anordnungen eher molekulare als atomare absorbierende Substanzen verwenden. Gasförmige, flüssige oder feste dielektrische Materialien können dotiert sein beispielsweise mit organischen Substanzen, wie sie in Luminescence in Organic Substances aufgeführt sind, wie auch mit Molekülen wie JBr, HCl usw.

Das Vorausgehende liefert eine ausreichende Grundlage für die Auswahl geeigneter Materialien. Eine weitere Verfeinerung der betreffenden mechanistischen Begründung weist jedoch auf die Art des Mitwirkens hin, die durch das Medium oder den Teil des nicht direkt von der direkten elektronischen Absorption betroffenen Mediums ergeht. Es ist offensichtlich, daß irgend eine Änderung im Dipolmoment einer absorbierenden Substanz eine Änderung

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in Teilen des Mediums anregt und zwar innerhalb der Einflußsphäre des einer solchen Komponente zugeordneten örtlichen Feldes. Diese Wirkung, die allgemein als mitbeteiligt angesehen wird, ist teilweise verantwortlich für das entwickelte Signal.

Als Beispiel dienende Ausführungsformen sind kurz im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden. Alle Vorgänge betreffen die Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung einer Wellenlänge innerhalb eines Elektronenabsorptionsbandes des Mediums. Die Energie, die gewöhnlich Elektronenübergängen zugeordnet ist, weist darauf hin, daß diese Wellenlänge nicht größer als etwa 10 Mikrometer ist. Es wurde angemerkt, daß keine obere Grenze vorgeschrieben werden kann. Um ein Wechselstromsignal zu erzeugen, muß eine Amplituden-, Frequenzoder Phasenänderung auf die Strahlung aufbringen, wobei die Änderung innerhalb des Zeitmaßstabes der Elektronenanregung liegt. Dieser Ze itmaßstab, der von einer oder mehreren I^k-O-sekunden bis zu einer Femtosekunde reichen kann, kann der Bestrahlungsänderung entsprechen, die sich vom Einführen lediglich einer gepulsten Energie, einer modulierten Dauerstrichenergie, oder aufgrund der Schwebungs- oder Differenzfrequenzen ergibt, die vom Einführen zweier oder mehrerer Strahlungsarten herrühren. Letzteres wird erreicht durch Einführen zweier kon-

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tinuierlicher Strahlenbündel, die beide innerhalb des Absorptionsspektrums der absorbierenden Substanz liegen, und die genügend dicht nebeneinanderliegen, um in einer Schwebung in einem akzeptablen Frequenzbereich zu resultieren. Da sogar die schärfsten Absorptionssubstanzen gewöhnlich Absorptionsspitzen mit einer Breite von mindestens 0, 01 Angströmeinheiten aufweisen, kann dieses Hilfsmittel in Schwebungsfrequenzen im Bereich von einem MHz bis zu einem GHz und höher liegen.

Irgendeine der oben diskutierten Anordnungen kann ein Signal ergeben, das als ein Informationssignal dienen kann, als ein Träger für Information, oder das seinerseits einfach als Mittel zur Messung des Vorhandenseins und der Stärke einer Bestrahlungsenergie abgetastet werden kann. Das Signal oder der Träger kann dann auf einem nahen oder entfernten Punkt übertragen werden und kann dadurch als Nachrichtenverbindung dienen; oder die Anordnung kann alternativ zum Demodulieren oder Überlagern von Information dienen, die von der ankommenden Strahlung empfangen worden ist.

Gepulste Information ist für bestimmte Vorgänge besonders interessant, und erfindungsgemäße Vorrichtungen sind durch Wiedergabe von "Licht"-Impulsen extrem kurzer Dauer in der

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-13 Lage (in der Größenordnung von 10 "*" Selcunden und kurzer). Solche Impulse, die beispielsweise unter Verwendung eines Moden-gekoppelten Lasers erzeugt und möglicherweise mittels eines Etalons vervielfacht sind, können einer Vielzahl von Zwecken dienen. Beispielsweise können sie in einer Nachrichtenanlage, wie in einem Pulscodemodulationssysteni, verwendet werden, oder sie können eine Durchschaltfunktion ausüben, in dem sie beispielsweise an einer elektrooptischen Übertragungsleitung entlang laufen und so einen wandernden Impuls induzierter Doppelbrechung verursachen, der seinerseits als wandernder Verschluß für die Strahlung dient, der durch die Doppelbrechung bewirkt wird. Die Erfindung beruht generell auf der Erzeugung elektrischer Signale aufgrund elektronischer Anregung, welche den angeregten Dipolzustand erzeugt. Es sind viele zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten zu den angegebenen denkbar. Beispielsweise könnten erfindungsgemäße Vorrichtungen in irgend eine Weise analog zu der eines lokalen Oszillators in herkömmlichen Schaltungsanordnungen dienen.

In einem ersten Beispiel werden Impulse mit einer Wellenlänge von 1, 06 Mikrometer, die durch einen modengekoppelten Neodym-Glaslaser erzeugt werden, als Pumpquelle verwendet, um elektrische Impulse herzustellen, die in Form und Dauer den durch

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den Laser erzeugten gleich sind. Die absorbierende Substanz

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war Cu , das in einem Einkristall aus gepoltem Lithiumtatalat enthalten war. Ein solches Material, das bei 1, 06 Mikrometer einen Absorptionskoeffizienten von 60 cm zeigt, wird ge schnitten und poliert, um eine Probe mit einer Dicke von 0,2 mm und einem quadratischen Querschnitt mit 0, 5 mm Seitenlänge zu erzeugen. Diese Probe ist mit Hilfe einer dünnen Epoxy- schicht auf einer elektrooptischen Übertragungsleitung aus un dotiertem kristallinen LiTaO befestigt. Die polaren Achsen so- wohl der die absorbierende Substanz enthaltenden Probe als auch der Übertragungsleitung verlaufen in derselben Richtung, und zwar in normalen Richtung zur breiten Fläche der Probe. Auf entgegengesetzte Seiten der Probe und der Leitung aufge dampfte Aluminiumschichten, wobei solche Flächen polaren Richtungen entsprechen, führen zur Ausbreitung nicht disper- siver TEM-Moden. Es werden durch den Laser erzeugte optische Impulse mit einer Dauer von 3 bis 15 Picosekunden und einer Energie von etwa 1 Milli-Joule auf die Probe gerichtet. Die 1,06 Mikrometer-Ausstrahlung des Lasers wird aufgeteilt, wobei ein Teil durch einen Generator für die zweite Harmonische geschickt wird, um einen 0, 53-Mikrometer-Impuls zu erzeugen, der bezüg lich des die Probe bestrahlenden Übertragungsteils verzögert ist. Der 0,53-Mikrometer-Impuls ist eben polarisiert, und man läßt

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ihn auf die undotierte LiTaO -Leitung in einer Richtung auftreffen, die transversal zu der des 1, 06 Mikrometer-Impulses ist. Es wurde ein gekreuzter Polarisator auf der Ausgangsseite des 0, 53-Mikrometer-Impulses zusammen mit einem Detektor, in diesem Fall einer Kamera, verwendet; um den durch den

Cu Anregungsdipol erzeugten, sich längs der Übertragungsleitung ausbreitenden elektrischen Impuls zu verfolgen. Diese Pockel-Zellenanordnung führt zu einem 0, 53-Mikrometer-Impuls, welcher der durch den elektrischen Impuls induzierten Doppelbrechung folgt. Die Gesamtdauer der durch die Kamera aufgezeichneten 0, 53-Mikrometer-Energie wird bestimmt durch die Koinzidenzzeit, während welcher der elektrische Puls über die Leitung wandert, und während welcher die Leitung durch die 0, 53-Mikrometer-Strahlung beleuchtet ist. Aufgrund der relativ hohen Dielektrizitätskonstanten der Übertragungsleitung (etwa

2+ £ = 42) wandert der während der Anregung des Cu -Dipols erzeugte elektrische Impuls mit etwa 1/42- oder etwa 1/6,5-facher Lichtgeschwindigkeit durch das Medium. Der optische Impuls (0, 53 Mikrometer) ist also relativ zur Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf den Bruchteil l/n oder 1/2, 2 verlangsamt. Bezüglich der beschriebenen Abmessungen ist die Koinzidenzzeit in der Leitung in der Größenordnung von 3, 6 Picosekunden, was einer Impulslänge in der Größenordnung von 0, 5 mm entspricht.

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Die dielektrische Konstante der Übertragungsleitung und ihr Verhalten wurden festgestellt durch Wiederholen des Experiments mit einigen verschiedenen Verzögerungszeiten ( erzeugt durch Ändern der Weglänge der 0,53-Mikrometer-Strahlung). Da solche Variationen lediglich die erwartete Positionsänderung des aufgezeichneten Impulses ohne bemerkenswerte Änderung der Impulslänge erzeugten, war bestätigt, daß die Leitung tatsächlich nicht dispersiv war.

Auf diesem Beispiel beruhende Berechnungen und andere in Betracht gezogene Überlegungen, die auf anderen Experimenten und auch auf der verwendeten Geometrie beruhen, lassen auf eine Ansprechzeit des angeregten Dipols in der Größenordnung von einer Picosekunde oder weniger schließen. Dispersion, wie sie im wesentlichen zwischen den Komponenten des ankommenden optischen 1,06-Mikrometer-Impulses und zwischen diesem und dem sich entwickelnden elektrischen Impuls für die verwendeten Probendicke ergeben, bringen eine Minimalgrenze des entwickelten elektrischen Impulses in der Größenordnung von 3, 5 Picosekunden mit sich. Aufgrund der sehr geringen Dispersion, wie sie zwischen den in dem elektrischen Impuls enthaltenen Komponenten besteht, tritt während der Erzeugung in der Probe keine bemerkenswerte Verschmierung auf. Die Probendicke von

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0,2 mm wurde gewählt, um eine Annäherung an die Absorptionslänge für den speziell verwendeten Kupferdotierstoff zu erreichen (die Absorptionslänge ist definiert als die Distanz, über welcher 1-1/e der Strahlung absorbiert wird. Eine stärkere Dotierung einer absorbierenden Substanz (oder die Verwendung eines Mediums, das selbst absorbiert, erlaubt eine kürzere physikalische Abmessung in der Strahlungsrichtung mit derselben Wirkung und erlaubt so die Erzeugung noch kürzerer Impulse. Für das oben beschriebene spezielle Beispiel war die optische Impulslänge der 1,06- Mikrometer-Strahlung in der Größenordnung von 5 Picosekunden, was zu einer elektrischen Impulslänge von etwa 8 Picosekunden führte. Die Hauptbegrenzung bei diesem Beispiel war deshalb die optische Impulslänge. Die Verwendung von immer kürzeren optischen Impulsen resultiert schließlich in elektrischen Ausgangsimpulsen, welche für die beschriebene Konfiguration eine Grenze in der Größenordnung von 4 Picosekunden erreichen.

Vom praktischen Standpunkt her bringt eine Eigenschaft der meisten wirklich hochpolaren Medien, d.h. solche, bei denen die infrarote Absorptionskante im allgemeinen im nahen Infrarotbereich liegt, eine Begrenzung der entwickelten elektrischen Impulslänge (oder Frequenz einer Dauerstrich-Energie) ungeachtet der Konfiguration mit sich, und zwar aufgrund der

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Absorption und der damit verbundenen erhöhten Dispersion der hohen Frequenzkomponente der elektrischen Signale, die auf kürzere optische Impulse (oder höhere Modulationsfrequenz) der optischen Energie) entstehen. Für viele untersuchten Materialien ist LiT aO weitgehend beispielhaft und bringt eine Grenze in der Größenordnung von etwa 0,1 Picosekunde oder etwa 3000 GHz für das entwickelte Signal mit sich, und zwar für ein Medium, das genügend dünn ist, um als praktisch nicht dispersiv betracht zu werden. Eine Verwendung anderer polarer Materialien kann zu einem Anwachsen dieser Grenze um einen Faktor von etwa drei führen.

Wenn auch Beispiel 1 ausführlich mit Bezugnahme auf eine Impulsgeneration diskutiert worden ist, so sei doch bemerkt, daß die so erzeugten Impulse auch abgetastet wurden, in diesem Fall unter Verwendung einer einfachen Kamera als Aufzeichnungsmittel. Die kupferdotierte Probe kann tatsächlich als ein Detektor angesehen werden, der in diesem Fall einen optischen Impuls einer Zeitdauer von etwa 5 Picosekunden abtastet.

Ein typisches Arbeitsverhalten ist daraus ersichtlich, daß die ankommende 1, 06-Mikrometer-Strahlung bei einem Pegel von etwa 1 Milli-Joule in einem Experiment zu einem erzeugten Impuls

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führte, der einen Spitzenstrom von 4 Ampere bei einer entsprechenden Spannung von 250 Volt an einer 58-Ohm-Übertragungsleitung aulwies. Die Spitzenleistung des entwickelten elektrischen Impulses war in diesem Fall 2 Kilowatt.

Ein anderes Beispiel umfaßt die Entwicklung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Differenzfrequenz, die auf der Schwebung zweier ankommender Wellenlängen einer elektromagnetischen Strahlung beruht, die beide innerhalb des Ab-

3+ Sorptionsspektrums von, im vorliegenden Fall, Cr in LiNbO liegen. Die ankommende Strahlung liegt bei 6500 Angström und 6504 Angström.

In diesem Beispiel werden Signale durch zwei Q-Wert-geschaltete Laser erzeugt. Die Signale sind quasi kontinuierlich, d.h. die Pulslänge liegt in der Größenordnung von 50 Nanosekunden bei Leistungspegeln in der Größenordnung von 50 Megawatt. Ein kristalliner Abschnitt von etwa 1 mm mal 1 mm mal 0, 1 mm,

3+ wobei letztere Abmessung der Absorptionsmenge einem Cr Dotierstoff in einer Menge von etwa einem Gewichtsprozent entspricht, ist im Inneren einer 300 GHz-Übertragungsleitung befestigt. Bei dem Ausgangs signal handelt es sich praktisch um einen reinen 3)0 GHz-Träger mit einen Leistungspegel von 2 kW.

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Solche Impulse können dann als Nachrichtenträger verwendet werden, in welchem man sie moduliert sind, und das modulierte oder unmodulierte Signal kann durch übliche Mittel abgetastet werden, beispielsweise durch die Verwendung einer Punktkontaktdiode oder eines fotoleitenden InSb-Detektors.

Der für die Erfindung verantwortliche Mechanismus ist dargestellt und von anderen Mechanismen aufgrund von Parametern sowie Zeitablauf unterschieden worden (entsprechend der Anregungszeit für das verantwortliche Dipolmoment und den Frequenzgang).

Die beteiligten Mechanismen, die primär in Betracht kommen, 1) der pyroelektrische Effekt und 2) der inverse elektrooptische Effekt. Der pyroelektrische Effekt, der offensichtlich jedem der oben beschriebenen Beispiele inhärent ist, arbeitet mit einem unterschiedlichen Zeitmaßstab. Dieser hängt von der Temperaturänderung ab, die ihrerseits ledigt während der Relaxation des Anregungszustandes der Dipole resultieren kann (für Strahlung innerhalb der normalen Transparentbandbreite oder bei oder oberhalb eher oberen Absorptionskante des Materials). Der Anregungsdipoleffekt der vorliegenden Erfindung arbeitet in einem Zeitmaßstab gemäß der Anregungszeit, die gewöhnlich

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mindestens eine Größenordnung, oft mehrere Größenordnungen schneller ist als die Entspannung. Die Anregungszeit ist tatsächlich so schnell, daß die wirkliche Begrenzung generell eher durch die ankommende Energie als durch die elektronische Anregungszeit begrenzt ist. Der im ersten Beispiel verwendete

2+
Cu -Dotierstoff hat eine Relaxationszeit von 30 Picosekunden und kann so aufgrund des pyroelektrischen Effektes bei den elektrischen Impulsen 30 Picosekunden Länge oder mehr ergeben.

3+
Das Cr des zweiten Beispiels, das eine Relaxationszeit in der Größenordnung von 1 Mikrosekunde oder mehr hat, kann Differenzfrequenzen erzeugen, die aufgrund des pyroelektrischen Effektes nicht größer als 160 kHz sind.

Der inwerse elektrooptische Effekt, der gewöhnlich aus Gründen eines vernünftigen Wirkungsgrades von einer Doppelbrechungsphasenanpassung abhängt, kann keine Erzeugung elektrischer Impulse bewirken, die aufgrund ihres Wesens ein breites Frequenzband enthalten, und die deshalb innerhalb eines einzigen Mediums zu einer einzigen Zeit nicht phasenangepaßt werden können. Dieser elektrooptische Effekt vermag ein reines Sinus- ausgangssignal zu erzeugen, das beispielsweise von der Sehwe- bungsanordnung des zweiten Beispiels herrührt. Es wäre äußerst wirkungs, das Material dieses Beispiels zu verwenden, d*s

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bei den Vellenlängen der ankommenden Strahlung eher zum Absorbieren als zum Übertragen bestimmt ist, und das in transversaler Richtung relativ kurz ist. Natürlich ist kein Versuch zur Phasenanpassung gemacht worden, um den elektrooptischen Effekt zu verbessern und sogar unter Mißachtung von Differenzen im Wirkungsgrad können die beiden Effekte durch Verändern der Schwebungsfrequenz getrennt werden. Der inverse elektrooptische Ausgang ist beträchtlich frequenzabhängig bei einem entwickelten Signal, das praktisch für reine Anpassungsbedingungen vernachläßigbar ist, während der angeregte Dipolmechanismus ein entwickelte Signal ergibt, das praktisch frequenzunabhängig ist.

Es sei allgemein bemerkt, daß die Betriebsbedingungen, unter welchen eine Effektaussnutzung des Anregungsdipolmechanismus wirksam ist, von denen verschieden sind, unter welchem eine gleiche Verwendung des inversen elektrooptischen Effektes gemacht wird. Für Materialien der in den ausgewählten Beispielen betrachteten Art beispielsweise, d.h. für spontanpolarisierte Medien, die absorbierende Substanzen als Dotierstoffe enthalten, überschreitet der Anregungsdipolmechanismus den inversen elektrooptischen Effekt bei Frequenzen, die bei und unterhalb von etwa 1000 oder einigen 1000 Gigahertz liegen.

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Es wurde angeführt, daß der solche Materialien verwendente angeregte Dipolmechanismus die Form eines aktiven Elementes annimmt, dessen Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm liegt, wobei diese Abmessung einer Absorptionslänge entspricht, die einer Spitzenabsorption zugeordnet ist, die innerhalb der Materialtransparenzbandbreite des spontanpolarisierten Mediums liegt. Unter diesen Bedingungen ist der inverse elektrooptische Effekt gering. Selbst wenn die Doppelbrechung des Mediums nebensächlich ist oder durch konstruktive Gestaltung geschaffen wird, wie durch wirkungsvolle Phasenanpassung, ist ein beträchtlicher Energieanteil, d.h. 1-1/e nur über ein relativ dünnen kristallinen Teil in transversaler Richtung verfügbar; eine Länge, innerhalb deren das inverse elektrooptische Signal nicht zu wesentlicher Größe entwickelt sein mag. Bei Frequenzen, die eine Größenordnung oder mehr darüber liegen, d.h., oberhalb etwa 10 Terahertz, kann der elektrooptische Effekt überwiegen, besonders wenn Phasenanpassungsbedingungen gegeben sind. Natürlich kann die Verwendung höherer Dotierpegel oder, was noch bedeutender ist, von die absorbierende Substanz selbst enthaltenden Medien in kürzeren Absorptionslängen resultieren, wodurch die Frequenzen des Übergangs zwischen den beiden Mechanismen ansteigen.

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Aufgrund der Abhängigkeit des elektrooptischen Effektes von einer Phasenanpassung kann dieser Mechanismus leicht vom erfindungsgemäßen Mechanismus unterschieden werden. Während das Anregungs-Dipolsignal praktisch frequenz- und kristallrichtungsunabhängig ist, ist das elektrooptische Signal natürlich scharf frequenzabhängig und zeigt bei einem Abgehen von der Phasenanpassung einen raschen Abfall.

Beispiele und Zeichnung sind anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden, so enthielten beispielsweise energieliefernde Vorrichtungen generell einen oder mehrere Laser im Dauerstrich- oder Pulsbetrieb. Detektorvorrichtungen, die lediglich kurz diskutiert worden sind, wurden generell anhand von einfachen, leicht verfügbaren Vorrichtungen betrachtet, um den erfindungsgemäßen Effekt zu erläutern. Es wurde jedoch angedeutet, daß der erfindungsgemäße Mechanismus für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden kann. Natürlich kann die energieversorgende Vorrichtung inkohärente Strahlung umfassen. In diesem Fall kann die Dipolanregung auf eine kohärente Komponente oder ein Modulationssignal ansprechen, das in einem solchen Fall wahrscheinlich die Form einer Amplitudenvariation annehmen würde. Anregungs- und Detektorstation können nahe beieinander sein, wie im Fall eines Kurzstreckenübertragungssystems(short

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haul communication system) oder einer Durchsteuervorrichtung für Instrumentierung, oder sie können voneinander entfernt sein, wie in irgendwelchen Nachrichtenübertragungsanlagen. Demgemäß kann die energieversorgende Vorrichtung die Form eines Oszillators haben, z.B. eines Laseroszillators, einer elektronischen oder optischen Antenne, ehes Filters oder Linsen-. systems usw. Die Detektorvorrichtung kann irgendeine Form haben, die zu irgendeinem der aufgezählten oder auf andere Weise erscheinenden Zwecke geeignet ist. Wie angegeben worden ist, kann eine solche Detektorworichtung auch einen lokalen Oszillator umfassen, wie für Überlagerung oder andere Zwecke, und dies mag in der Tat eine Vorrichtung umfassen, die gemäß dem beschriebenen Anregungsdipolmechanismus arbeitet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Vorrichtung zur Änderung einer in einem Wellenlängenbereich mit maximal 10 Mikrometer Wellenlänge kommenden elektromagnetischen Strahlung, deren Intensität einer zeitlichen Änderung entsprechend einer Flußdauer von bis zu 10 Terahertz unterliegt, mit einem Wandler, der ein die Intensitätsänderung der Eingangsstrahlung wiedergebendes elektrisches Signal abzugeben vermag,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Wandler einen Körper aus einem Material aufweist, das elektrische Polarisation im Makromaßstab zeigt und eine absorbierende Substanz mit einer maximalen Absorptionslänge von etwa 0, 2 mm im angegebenen Wellenlängenbereich enthält, wobei die Absorption aufgrund einer Änderung der Elektronenkonfiguration der absorbierenden Substanz von einem Grundzustand in einen Anregungszustand stattfindet, und die absorbierende Substanz im Grundzustand ein Dipolmoment von wenigs tens 0,01 Debye aufweist, wenn die Umgebung der absorbierenden Substanz polbar ist, wodurch die Elektronenanregung zu einem elektrischen Impulssignal führt, das die resultierende Wirkung aller solcher auf die Änderung der Eingangs strahlung hin auftretender Impulse darstellt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Absorption der Eingangsstrahlung in der absorbierenden Substanz verursachte Anregungszustand eine Änderung des bipolaren Momentes in der Substanz umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstrahlung eine Impulskomponente umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impuls eine maximale Dauer von etwa 1000 Picosekunden aufweist und solche Impulse Spektralkomponenten bis hinauf zu etwa 1 GHz enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Komponente der Eingangs strahlung quasi kontinuierlich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs strahlung zwei Frequenzen umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Strahlungsintensitätsänderung aus dem Differenzsignal resultiert, das sich aus der Zusammenwirkung der beiden Frequenzen entwickelt.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Frequenzen einen Frequenzabstand von mindestens 1 MHz haben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polare Umgebung von spontaner Polarisation herrührt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Substanz ein im Körper enthaltener Dotierstoff ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Impuls einen Träger mit einem überlagerten Modulationssignal umfaßt, das mindestens einer Komponente der Strahlungsintensitätsänderung entspricht.

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