DE1158171B

DE1158171B - Lichtquelle fuer selektive Fluoreszenz

Info

Publication number: DE1158171B
Application number: DEC28155A
Authority: DE
Inventors: Francois Gires
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1961-10-13
Filing date: 1962-10-12
Publication date: 1963-11-28
Also published as: FR1310592A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 28155 Vmc/21f

ANMELDETAG: 12. OKTOBER 1962

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 28. NOVEMBER 1963

Es sind bereits Lichtquellen für eine selektive Fluoreszenz hergestellt worden, deren Kristalle im wesentlichen eine zylindrische Form haben und die zwischen zwei ebene und parallele Flächen eingesetzt wurden, die derart metallisiert waren, daß diese halbdurchlässige Spiegel bildeten. Diese selektiv fluoreszenten Kristalle wurden der Einwirkung einer besonderen Lichtquelle ausgesetzt, die eine metastabile Energieverteilung in dem Kristall anregt und schließlich die selektive Fluoreszenz bei Kohärenz der ausgesandten Lichtquanten bewirkt.

Diese bisher hergestellten Lichtquellen weisen Nachteile auf, die ihre Anwendung einschränken.

Von vornherein wird man zur Steigerung der emittierten Strahlung versuchen, den Querschnitt des Kristalls, beispielsweise eines Rubins, zu vergrößern. Dies macht das Schneiden schwierig, und es ist unmöglich, im ganzen Körper einen vollkommen isotropen kristallographischen Zustand zu erhalten. Daraus ergibt sich eine Inhomogenität der optischen Eigenschaften und dadurch eine Herabsetzung der Leistung.

Wenn der Querschnitt des Kristalls zu groß wird, ist es weiterhin schwierig, die Energie der anregenden Lichtquelle in wirksamer und sachgemäßer Weise auf den Kristall zu verteilen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Lichtquelle für selektive Fluoreszenz der oben beschriebenen Art zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.

Bei einer Lichtquelle für selektive Fluoreszenz, die einen Kristall in Form eines Zylinders aufweist, dessen beide Endflächen halbdurchlässig verspiegelt sind, und die mit einer Anregungslichtquelle zusammenarbeitet, die ihre Strahlung auf den Kristall richtet, wurde der Kristall erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß er in seinem axialen Bereich eine Höhlung aufweist, in welcher die Anregungslichtquelle angeordnet ist. Auf der äußeren Oberfläche des Kristalls ist zusätzlich, jedoch mit Ausnahme der beiden teilweise reflektierenden Endflächen eine reflektierende Umhüllung oder Beschichtung angebracht, welche die Einstrahlung der Anregungslichtquelle vervollkommnet.

In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer bekannten Lichtquelle für selektive Fluoreszens,

Fig. 2 und 3 Schnittdarstellungen zweier Ausführungsbeispiele von Lichtquellen für selektive Fluoreszenz gemäß der Erfindung und

Fig. 4 eine den Strahlenverlauf erläuternde Schnittdarstellung.

Lichtquelle für selektive Fluoreszenz

Anmelder:

CSF — Compagnie Generale de Telegraphie sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergstr. 19

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 13. Oktober 1961 (Nr. 875 852)

Frangois Gires, Paris, ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer üblichen Lichtquelle für selektive Fluoreszenz, die aus einem aktivierten Kristall, beispielsweise einem Rubin, besteht.

Der Kristall R bildet einen homogenen Block, der eine zylindrische Form hat und der zwischen zwei ebene und parallele Oberflächen eingeschlossen ist, die in der Weise metallisiert sind, daß zwei halbdurchlässige Spiegel M₁ und M₂ gebildet werden.

Die Strahlung der Anregungslichtquelle wird von einer Lampe S geliefert, die außerhalb des Kristalls R angeordnet ist und deren Strahlung mittels einer Optik O gebündelt wird. Diese dargestellte Ausführungsform weist drei wesentliche Nachteile auf, die ihre Verwendungsfähigkeit bei bestimmten Anwendungsfällen eingeschränkt.

Um eine selektive Lichtquelle mit guter Intensität zu erhalten, muß der Querschnitt des Körpers R vergrößert werden.

Es ist jedoch außerordentlich schwierig, mit den üblichen Verfahren der Fertigung derartiger Kristalle durch Schneiden einen vollkommenen kristallographischen Zustand im ganzen Inneren des Körpers zu erzielen.

Praktisch ergibt sich eine Inhomogenität der optischen Eigenschaften, die zu einer Verminderung der Leistung führt. Diese Leistung ist definiert durch das Verhältnis zwischen der abgegebenen selektiv fluoreszenten Strahlungsenergie und der elektrischen Ener-

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gie, die zur Speisung der Anregungslichtquelle 5 erforderlich ist.

Gemäß dem Funktionsprinzip wird die Anregungsstrahlung vom Kristall R absorbiert.

Wenn dessen Querschnitt zu groß ist, wird die von der Anregungslichtquelle eingestrahlte Energie nicht mehr in homogener Weise verteilt. Daraus ergibt sich eine neue Herabsetzung der Leistung. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es erforderlich, eine außergefertigt sein muß und die einen ganz erheblichen Platzbedarf hat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, diese Nachteile auszuschalten.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels. Der Rubin R ist als Hohlzylinder rohrförmig ausgebildet. Auf der äußeren zylindrischen Mantelfläche ist der Rubin R mittels

Xenonlampe vorgesehen sind. Man könnte der Auffassung sein, daß sich darauf eine Verminderung der Leistung der Strahlungsquelle für selektive Fluoreszenz ergibt.

Tatsächlich zeigen aber die Theorie und die Erfahrung, daß dieses Reflexionsvermögen durch das Vorhandensein dieser Öffnungen praktisch nicht geändert wird.

Der Rubin bildet ein optisches Medium, welches ordentlich komplizierte und aufwendige optische Ein- io einen wesentlich größeren Brechungsindex hat als die richtung vorzusehen, die außerordentlich sorgfältig Xenonlampe, deren Brechungsindex praktisch gleich

dem Brechungsindex des leeren Raumes ist.

An einem Energieverlust für das scharf gebündelte Ausgangslicht könnten allenfalls diejenigen Strahlen beteiligt sein, die nicht ganz parallel zur Achse der Vorrichtung verlaufen.

Alle diese Strahlen werden an der Oberfläche zwischen dem Rubin und dem Hohlraum oder im Falle der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zwischen

einer dichten Schicht metallisiert, die einen vollkom- 20 der Adaptionsflüssigkeit und der Entladungslampe men reflektierenden Spiegel M₃ bildet. reflektiert. Diese Strahlen unterliegen in diesen Fällen

An den beiden Stirnflächen ist der Rubin R mittels einer Totalreflexion, und unter diesen Bedingungen einer dünnen Schicht metallisiert, welche die halb- treffen sie immer auf den metallisierten Teil der durchlässigen Spiegel M₁ und M₂ bildet. Spiegel M₁ und M₂. Die Fig. 4 zeigt schematisch

Der axiale Hohlraum des Zylinders wird durch as diesen Vorgang. Ein Strahl, der durch den Pfeil F zwei nach außen konvexe Kalotten F₁ und F₂ be- dargestellt ist, geht vom Innern des Rubins aus und grenzt und ist mit Xenon, welches unter einem ge- hat das Bestreben, in Verlängerung der Pfeilspitze eigneten Druck steht, gefüllt. Zwei Elektroden E₁ und zum Hohlraum hin auszutreten. Dieser Strahl wird E₂ durchsetzen die Kalotten F₁ und F₂. Eine der durch eine Totalreflexion an der inneren Oberfläche Elektroden ist geerdet, und die andere ist mit einem 30 des Rubins zum Spiegel M₁ hin abgelenkt. Spannungsgenerator G verbunden. Zusätzlich werden die anderen Strahlen durch die

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spiegel M₃ reflektiert.

Strahlungsquelle für selektive Fluorezenz, die eine Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden

zylindrische Form und eine große Leistung aufweist. die folgenden Vorteile erzielt. Das Reflexions-Der Rubin R ist wiederum rohrförmig ausgebildet, 35 vermögen der Endspiegel, welches für eine gute Resound die äußere zylindrische Mantelfläche des nanz der Anordnung bestimmt ist, die wiederum die Rubins R ist wiederum mittels einer stärkeren Schicht selektive Fluoreszenz auslöst, wird praktisch durch metallisiert, die einen vollständig reflektierenden die Hohlzylinderform des Kristalls R nicht geändert. Spiegel M₃ bildet. Andererseits bringt die Ausbildung des Kristalls als

An den beiden Stirnflächen des rohrförmigen 40 Hohlzylinder keine besonderen Schwierigkeiten mit Rubins R liegen zwei Glasscheiben D₁ und D₂ an, die sich und kann in einer Weise durchgeführt werden,

mit zentralen Öffnungen versehen sind. Diese Scheiben sind auf ihren Inenflächen mittels einer dünnen Schicht metallisiert, welche die halbdurchlässigen Spiegel M₁ und M₂ bildet.

Eine Entladungslampe V, welche Xenon unter einem geeigneten Druck enthält, ist mit ihren Enden in den zentralen Öffnungen der Scheiben gelagert. -

Der Raum zwischen der inneren Manteloberfläche des Rubins und der Xenonentladungslampe ist zum Zwecke der optischen Anpassung mit einer Flüssigkeit L gefüllt, die den gleichen Brechungsindex wie der Rubin hat.

Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung hat zum Ziel, eine Verlötung oder eine Verbindung zwischen den Kalotten F₁ und F₂ der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung und dem Kristall R zu vermeiden. Eine derartige Verbindung, die vakuumdicht sein muß, ist verhältnismäßig schwer herzustellen.

Im Gegensatz hierzu kann die Verbindung zwischen dem Xenonrohr F und den Glasscheiben sehr leicht gegen die Adaptionsflüssigkeit L abgedichtet werden. Dieser Zustand kann sehr einfach durch

die der der Bearbeitung des Vollzylinders analog ist. Daraus ergibt sich, daß eine Ausführungsform einer Strahlungsquelle für selektive Fluoreszenz, die nach den oben ausgeführten Prinzipien wirksam ist, nicht mehr diese Nachteile aufweist und bezüglich des Reflexionsvermögens der halbdurchlässigen Spiegel, die gleichen Eigenschaften aufweist wie die bisher üblichen nicht hohlen Formen.

Zusätzlich werden noch folgende Vorteile erzielt: Erstens werden die kristallinen Eigenschaften des Körpers und die Homogenität der optischen Eigenschaften beträchtlich verbessert. Zweitens wird für ein gegebenes Volumen des selektiv fluoreszenten Kristalls die Dicke der Zone, die von der Strahlung der Anregungslichtquelle durchsetzt wird, beträchtlich vermindert, und die Absorption dieser Strahlung ist dann geringer, und die Intensitätsverteilung im Inneren des Elementes wird dadurch wesentlich gleichförmiger.

Unter diesen Umständen bewirkt eine Verstärkung der Besetzung der höheren Energiestufen durch die Anregungsstrahlung eine Verstärkung der Ausgangs

eine an sich übliche Verbindungsstelle erzielt werden.

Auf den ersten Blick könnte es den Anschein 65 leistung,

haben, daß das Reflexionsvermögen der Spiegel M₁ Drittens wird beim gleichen Aufbau der Anre-

und M₂ durch das Vorhandensein der Mittelöffnungen gungslichtquelle ihre Strahlungsverteilung längs

herabgesetzt sein könnte, die zum Durchtritt der der Achse vollkommen gleichförmig.

Es ist keine aufwendige, sperrige und sorgfältig zu fertigende optische Einrichtung erforderlich. Der Spiegel M₃ kann sehr leicht hergestellt werden.

Die Bestrahlung des Rubins erfolgt auch in Richtung seiner Längsachse mit einer großen Homogenitat, ohne daß irgendwelche spezielle optischen Systeme erforderlich sind.

Viertens wird die ganze Vorrichtung für selektive Fluoreszens sehr handlich und führt, verglichen mit anderen bekannten Anordnungen, zu einem Aufbau, der einen erheblich verminderten Materialaufwand mit sich bringt.
Diese Vereinigung von Eigenschaften erlaubt die Fertigung einer Strahlungsquelle für selektive Fluoreszenz, die eine sehr hohe Leistung für monochromatische kohärente Strahlung mit geringem Aufwand erreichen läßt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 20

1. Lichtquelle für selektive Fluoreszenz, die einen Kristall in Form eines Zylinders aufweist, dessen beide Endflächen halbdurchlässig sind und die mit einer Anregungslichtquelle zusammenarbeitet, die ihre Strahlung auf den Kristall richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall in seinem axialen Bereich eine Höhlung aufweist, in welcher die Anregungslichtquelle angeordnet ist.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhlung des dickwandigen Kristallhohlzylinders von zwei Glaskalotten (F₁ und F₂) vakuumdicht verschlossen ist, mit einem Gas, wie beispielsweise Xenon, gefüllt ist und als Anregungslichtquelle ausgebildet ist.

3. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den dickwandigen Kristallhohlzylinder axial eine Entladungslampe eingesetzt ist und daß der Raum zwischen dieser Lampe und dem Rubin von einer dem Brechungsindex des Kristalls angepaßten optischen Adaptionsflüssigkeit erfüllt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 929 922.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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