DE1168565B - Abstimm-Mittel fuer einen optischen Sender oder Verstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 05 b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 2If-90

W 34735 VIII c / 21 f

20. Juni 1963

23. April 1964

Die Erfindung betrifft Abstimm-Mittel für einen optischen Sender oder Verstärker mit einem selektiv fluoreszenten Medium.

Eine der wichtigsten Eigenschaften optischer Sender oder Verstärker besteht darin, daß sie theoretisch in der Lage sind, einen Lichtstrahl abzugeben, der monochromatisch ist. In der Praxis war es bisher jedoch schwierig, vollständige Monochromasie zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem optischen Sender oder Verstärker den erzielbaren Grad an Monochromasie zu verbessern.

Bisher war es insbesondere deswegen schwierig, monochromatische Lichtstrahlen zu erhalten, da die üblicherweise benutzten optischen Hohlraumresonatoren eine große Zahl von Schwingungsformen führen konnten, in denen der Resonator während des Betriebs gleichzeitig schwingen kann und auch schwingt. Da diese Schwingungsformen unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen, besteht — obwohl die Unterschiede nur klein sind — der Ausgangsstrahl aus Licht einer Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen.

Die Erfindung besteht nun darin, daß innerhalb des durch Spiegel begrenzten optischen Resonators zur Begrenzung der Zahl der Resonanzschwingungen zwei getrennte Blenden senkrecht zur optischen Achse dem monochromatischen kohärenten Licht in den Weg gestellt sind.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Zahl der Resonanzschwingungsformen des optischen Resonators mittels zweier in ihrem Winkel zueinander verstellbarer gekreuzter Drähte im Zusammenwirken mit einer Irisblende herabgedrückt wird.

Die damit erreichbare Abtrennung praktisch einer einzigen Schwingungsform liefert neben einer reineren Ausgangsleistung außerdem einen höheren Wirkungsgrad des Systems für die abgetrennte Schwingungsform, so daß die verfügbare Ausgangsleistung für die Wellenlänge, die der abgetrennten Schwingungsform entspricht, größer wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine aus 10 Teilen Helium und 1 Teil Neon bestehende Gasmischung mit einem Gesamtdruck von etwa 0,7 Torr und einem Querschnitt von 6 mm in einem optischen Hohlraumresonator eingeschlossen, der durch zwei dielektrische Schichtspiegel abgeschlossen ist. Die Spiegel sind hierbei so ausgebildet, daß sie bei etwa 6340 A maximale Reflexionseigenschaften besitzen. Außerdem ist hierbei eine aus zwei gekreuzten Drähten und einer Irisblende bestehende Schwingungsform-Abtrenneinrichtung vorgesehen. Die Gasmischung wird mit Hilfe einer Abstimm-Mittel für einen optischen Sender oder Verstärker

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Jameson Dane Rigden, New Providence, N. J.,
Alan David White, Berkeley Heights, N. J.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 21. Juni 1962 (204150) - -

Gleichspannung ionisiert. Diese Ausführungsform liefert eine selektive Fluoreszenz bei etwa 6328 A, also im roten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums. Es wird angenommen, daß dies der erste optische Verstärker mit gasförmigen Medium ist, der im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums betrieben werden kann. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in schematischer Form einen Längsschnitt durch einen optischen Sender oder Verstärker nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt des optischen Senders oder Verstärkers nach Fig. 1, bei dem die Schwingungsform-Auswahleinrichtung, mit den gekreuzten Drähten im einzelnen dargestellt ist.

Der optische Sender oder Verstärker nach F i g. 1 weist ein längliches Quarzrohr 11 auf, das den das gasförmige selektiv fluoreszente Medium enthaltenden Raum definiert. Durch transparente Fenster 12 und 13, die unter dem Polarisationswinkel zum Lichtstrahl 14 geneigt sind, wird ein Lichtstrahlweg durch das Rohr 11 festgelegt. Dadurch, daß die Fenster unter dem Polarisationswinkel geneigt sind, wird Licht, das in der Einfallsebene polarisiert ist, ohne Reflexion durchgelassen. Das Rohr 11 weist außerdem an entgegengesetzten Enden Seitenabschnitte 15 und 16 auf. Der Seitenabschnitt 15 enthält eine thermische Kathode 17 aus theriertem Wolfram, und der Seitenabschnitt 16 enthält einen Molybdänzylinder 18, der als Anode dient. Zwischen die Kathode 17 und

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Claims (3)

die Anode 18 ist eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) geschaltet, die die zur Aufrechterhaltung einer Gasentladung in dem Teil der Umhüllung, der sich zwischen den beiden Seitenabschnitten befindet, erforderliche Spannung liefert. Vor den beiden Enden des Rohres sind nahe den Fenstern 12 bzw. 13 Reflektoren 19 und 20 angeordnet. Die Reflektoren 19 und 20 bestehen aus plankonkaven sphärischen dielektrischen Schichtspiegeln, die so ausgebildet Durchmesser von 25//m. Mit Ausnahme des Wertes der maximalen Reflexionseigenschaften der Spiegel sind beträchtliche Abweichungen der Parameter zulässig. Grundsätzlich setzt die Schwingungsform-Auswahleinrichtung die Zahl von Schwingungsformen herab, die der optische Hohlraumresonator wirksam führen kann. Die einzigen Schwingungsformen, die sich ausbilden können, sind die, die Knoten an den Stellen sind, daß sie maximale Reflexionseigenschaften für io aufweisen, in denen die Lichtunterbrechungselemente die Wellenlänge des gewünschten Ausgangslichts auf- im Lichtweg angeordnet sind. Durch Herabsetzung weisen. der Zahl der sich ausbildenden Schwingungsformen Zwischen dem Fenster 13 und dem Reflektor 20 wird die Zahl· der angeregten Oszillator-Schwingungsist eine Schwingungsform-Auswahleinrichtung 21 an- formen verringert. Daraus ergibt sich eine Verbessegeordnet. Sie weist eine Zweidrahtanordnung 22 und 15 rung bzgl. der Reinheit des erzeugten Lichtes und eine Irisblende 23 auf. Die Reflektoren, das Rohr außerdem eine Erhöhung der Ausgangsleistung der angeregten Schwingungsformen. Für den Fachmann ist ohne weiteres klar, daß die beschriebenen Grundgedanken für die Abtrennung 20 von Schwingungsformen nicht auf das beschriebene, spezielle Ausführungsbeispiel eines optischen Senders oder Verstärkers mit gasförmigem Medium beschränkt sind, sondern daß sie unabhängig von der Art des selektiv fluoreszenten Mediums und des verwendeten sehen ist. Jeder Zylinder enthält einen getrennten 25 optischen Hohlraumresonators sind. Draht 24, 25, der sich diametral durch den Zylinder Außerdem ist es zur Verbesserung der Schwin- erstreckt. Die beiden Zylinder sind getrennt voneinander drehbar, so daß der Schnittwinkel Θ (Fig. 2) nach Wunsch verändert werden kann. Weiterhin kann die Anordnung vorteilhafterweise in einer zur 30 resonators angeordnet werden. Insbesondere kann Zylinderachse normalen Ebene verschoben werden. entlang des Lichtweges ein zusätzliches teilreflek- und die Schwingungsform-Auswahleinrichtungen sind alle entlang des Lichtstrahlweges 14 ausgerichtet, der entlang der Rohrachse durch die Schwingungsform-Abtrenneinrichtung verläuft. Fig. 2 stellt eine Vorderansicht der gekreuzte Drähte aufweisenden Anordnung 22 dar. Sie enthält einfach zwei Zylinder 22^4 und 22 B, deren Enden zueinander ausgerichtet sind, wie aus Fig. 1 zu ergungsform-Abtrennung möglich, daß weitere Lichtunterbrechungs- oder Absorptionselemente in den Lichtstrahlweg innerhalb des optischen Hohlraum- Außerdem kann dafür gesorgt werden, daß der Abstand der beiden Zylinder längs der optischen Achse verändert werden kann, um damit den Abstand der beiden Drähte verändern zu können. Die Drähte wirken als örtliche Diskontinuitäten, die das Licht längs der optischen Achse unterbrechen. Zusätzlich enthält die Schwingungsform-Auswahleinrichtung vorteilhafterweise die Irisblende 23, mit deren Hilfe die Größe der Blendenöffnung verändert werden kann. Sie kann einfach aus einer Einrichtung ähnlich der einer üblichen Kamera zur Steuerung der Objektivöffnung benutzten bestehen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Lage der Blendenöffnung in einer zur optischen Achse normalen Ebene einstellbar auszubilden. Die beschriebene Anordnung wurde mit Erfolg benutzt, um kontinuierliche selektive Fluoreszenz bei 6328 A, entsprechend dem 3s2 bis 2p4-Übergang in Neon, zu erzeugen. Bei diesem optischen Sender oder Verstärker bestand das selektiv fiuoreszente Medium aus einer Helium-Neon-Mischung mit einem Helium-Neon-Verhältnis von 10 zu 1 und einem Gesamtdruck von etwa 0,7 Torr. Die beiden Reflektoren hatten einen Abstand von etwa 150 cm, und jeder Reflektor bestand aus einem dielektrischen Spiegel mit dreizehn Schichten und war so ausgebildet, daß er maximale Reflexionseigenschaften bei etwa 6340 A besaß. Der Krümmungsradius der sphärischen Fläche jedes Reflektors betrug 100 cm. Eine Spannung von etwa 1700 V lag zwischen der Kathode und der Anode, und es floß ein Strom von etwa 30 mA. Der zwischen den beiden Seitenabschnitten liegende, im Durchmesser verkleinerte Teil des Rohres hatte eine Länge von 85 cm und einen Innendurchmesser von mm. Die gekreuzten Drähte besaßen je einen tierendes Element eingeschaltet werden. Patentansprüche:

1. Abstimm-Mittel für optische Sender oder Verstärker mit einem selektiv fluoreszenten Medium, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des durch Spiegel begrenzten optischen Resonators (19, 20) zur Begrenzung der Zahl der Resonanzschwingungen zwei getrennte Blenden (22, 23) senkrecht zur optischen Achse dem monochromatischen kohärenten Licht in den Weg gestellt sind.

2. Abstimm-Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zweier in ihrem Winkel zueinander verstellbarer gekreuzter Drähte (24, 25) im Zusammenwirken mit einer Irisblende (23) die Zahl der Resonanzschwingungsformen des optischen Resonators herabgedrückt wird.

3. Optischer Sender oder Verstärker mit Abstimm-Mitteln nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das selektiv fluoreszente Medium aus einer Mischung der Edelgase Helium und Neon mit einem Helium-Neon-Verhältnis von etwa 10 zu 1 bei einem Gesamtdruck von etwa 0,7 Torr besteht, daß die zur Begrenzung des optischen Resonators benutzten Spiegel (19, 20) maximal bei 6340 A reflektieren und daß damit eine selektive Fluoreszenz bei 6328 Ä erhalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 929 922; »La Nature«, Januar 1962, S. 6, rechte Spalte; »Scientific American«, Bd. 204, Nr. 6, Juni 1961, S. 58, rechte Spalte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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