DE1173986B

DE1173986B - Verfahren und Einrichtung zur Modulation der kohaerenten elektromagnetischen Strahlung eines selektiv fluoreszenten Mediums

Info

Publication number: DE1173986B
Application number: DER34492A
Authority: DE
Inventors: Hermann Statz; Roy A Paananen
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1962-04-23
Filing date: 1963-02-19
Publication date: 1964-07-16
Also published as: BE628152A; US3277396A; GB991270A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES /mVm- PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIr;

Deutsche Kl.:

H05b

21f-90

Nummer: 1173 986

Aktenzeichen: R 34492 VIII c / 21 f

Anmeldetag: 19. Februar 1963

Auslegetag: 16. Juli 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modulation kohärenter elektromagnetischer Strahlung eines selektiv fluoreszenten Mediums mittels des Zeemann-Effekts sowie Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere bei elektromagnetischen Strahleranordnungen anwendbar, deren Ausgangsstrahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und in anschließenden Nachbarbereichen liegt und deren Ausgangsstrahlung kohärent ist. Die Ausgangsstrahlung derartiger Einrichtungen ist im wesentlichen monochromatisch. Es sind bereits verschiedene Einrichtungen zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung bekannt, welche im wesentlichen zwei verschiedenen Gruppen angehören. Bei der einen Gruppe dient beispielsweise eine radiofrequente Anregungsstrahlung zur Anregung eines gasförmigen selektiv fluoreszenten Mediums, beispielsweise eines Helium-Neon-Gemisches, welches die Strahlung absorbiert und im Maße der Strahlungsabsorption eine intensive kohärente, selektiv fluoreszente Ausgangsstrahlung innerhalb eines sehr kleinen Wellenlängenbereiches aussendet. Die andere Gruppe kohärenter Strahlungseinrichtungen verwendet einen Rubinstab oder einen anderen selektiv fluoreszenten Kristall, welcher jeweils durch einen Lichtstrahl vergleichsweise hoher Intensität angeregt wird. Der selektiv fluoreszente Kristall absorbiert die Lichtenergie und wird dadurch zur Aussendung einer intensiven kohärenten Strahlung innerhalb eines schmalen Wellenlängenbereiches, der selektiven Fluoreszenz, angeregt.

Bei Verwendung derartiger Einrichtungen innerhalb von Nachrichtenübertragungssystemen oder innerhalb von anderen Anordnungen ist eine Modulation der kohärenten Ausgangsstrahlung erwünscht. Die Erfindung dient der Verbesserung von Verfahren zur Modulation kohärenter elektromagnetischer Strahlung.

Ein Verfahren zur Modulation der kohärenten elektromagnetischen Strahlung eines selektiv fluoreszenten Mediums mittels des Zeemann-Effekts ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die kohärente Ausgangsstrahlung, auf die ein einstellbares veränderliches Magnetfeld einwirkt, in zwei jeweils entgegengesetzt zirkulär polarisierte Komponenten verschiedener Frequenz aufgespalten wird und daß in einem Polarisator aus diesen beiden Komponenten ein linear polarisiertes Strahlenbündel mit umlaufender Polarisationsrichtung erzeugt wird, deren Umlauffrequenz der halben Differenzfrequenz Verfahren und Einrichtung zur Modulation
der kohärenten elektromagnetischen Strahlung
eines selektiv fluoreszenten Mediums

Anmelder:

Raytheon Company, Lexington, Mass. (V. St. A.) Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14

Als Erfinder benannt:
¹S Hermann Statz, Wayland, Mass.,
Roy A. Paananen,
Lexington, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 23. April 1962 (189 458)

zwischen den Frequenzen der beiden zirkulär polarisierten Komponenten gleich ist, wobei die Frequenzdifferenz der beiden zirkulär polarisierten Komponenten der Feldstärke des Magnetfeldes proportional ist.

Das Verfahren nach der Erfindung macht von dem an sich bekannten Zeemann-Effekt Gebrauch, gemäß welchem entsprechend der Stärke eines im Bereich des strahlenden Mediums vorherrschenden Magnetfeldes die Ausgangsstrahlung desselben in zwei entgegengesetzt zirkulär polarisierte Komponenten aufgespalten wird. Durch Überlagerung dieser beiden zirkulär polarisierten Komponenten wird ein linear polarisiertes Strahlenbündel erzeugt, dessen Polarisationsrichtung mit einer Frequenz umläuft, welche der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden zirkulär polarisierten Komponenten gleich ist.

Eine bevorzugte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet ein gasförmiges, selektiv fluoreszentes Medium, beispielsweise ein Helium-Neon-Gemisch, welches innerhalb eines Strahlungsgefäßes mit mindestens zwei einander gegenüberstehenden Reflexionsflächen angeordnet ist. Vorzugsweise verwendet man als Reflexionsflächen sogenannte Fabry-Perot-Spiegel. An das Strahlungsgefäß ist eine Radiofreqenz-Strahlungsquelle angeschlossen, welche das selektiv

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fluoreszente Medium anregt. Auf Grund dieser Strahlungsanregung tritt infolge von gaskinetischen Zusammenstößen zwischen Helium- und Neonatomen eine Besetzungsumkehr zwischen zwei verschiedenen Energiezuständen auf. Infolge von Strahlungsübergängen zwischen diesen beiden Energiezuständen wird elektromagnetische Strahlung erzeugt, welche auf die genannten Reflexionsflächen auftrifft. Die Reflexionsfiächen reflektieren den größhalb desselben Eigenschwingungen angeregt werden. Dieser Vorgang führt schließlich zu einer monochromatischen, kohärenten Ausgangsstrahlung der selektiven Fluoreszenz.

Zur Durchführung des Verfahrens wird in dem von dem selektiv fluoreszenten Medium eingenommenen Raumbereich ein Magnetfeld erzeugt, wodurch die Ausgangsstrahlung infolge des an sich be-

den soll unter Modulation die Frequenzmodulation der Ausgangsstrahlung in Abhängigkeit von der Stärke des anliegenden Modulationsmagnetfeldes verstanden werden.

Der äußere Rahmen des optischen Verstärkers für selektive Fluoreszenz wird durch ein Gestell gebildet, dessen ringförmige Halteplatten 10,11 von vier im wesentlichen symmetrisch angeordneten Stäben 12 gehalten sind. Innerhalb der Kreisöffnung einer ten Anteil der jeweils auffallenden Strahlung in das io jeden Ringplatte 10, 11 ist ein Balg 13,14 angeordselektiv fluoreszente Medium zurück, so daß inner- net, dessen jeweils voneinander abgelegene Enden

vakuumdicht mit Endscheiben 15 bzw. 16 zur Halterung von Fenstern verbunden sind. An jede Endscheibe 15 bzw. 16 ist ein sich jeweils ins Innere des 15 betreffenden Balges hinein erstreckender Rohrabschnitt 17 bzw. 18 angesetzt, welcher jeweils durch eine Spiegelplatte 19 bzw. 20 abgeschlossen ist. Die Spiegelplatten 19 bzw. 20 bestehen vorzugsweise jeweils aus einer Quarzscheibe mit dielektrischen Rekannten Zeemann-Effekts in zwei oder mehrere ao flexionsbelägen 21 bzw. 22. Die jeweils anderen Komponenten aufgespalten wird. Im allgemeinen er- Endflächen der Rohrabschnitte 17 bzw. 18 sind jehält man zwei zirkulär polarisierte Komponenten, weils mit einem Quarzfenster 23 bzw. 24 oder mit welche innerhalb eines ebenen Polarisators oder eines einem ähnlichen Fenster abgeschlossen. Eines oder Polarisationsanalysators überlagert werden, so daß auch beide Quarzfenster können mittels einer Überman am Ausgang des Polarisators eine einzige 25 wurfhalterung 25 abnehmbar gehalten sein. Strahlungskomponente erhält, welche entsprechend Die einander zugelegenen Endflächen der Bälge

der Differenzfrequenz zwischen den beiden Frequen- 13 und 14 sind jeweils vakuumdicht an Ringscheiben zen der zirkulär polarisierten Strahlungskomponen- 26 bzw. 27 angeschlossen, die jeweils in Rohrstücke ten moduliert ist. Die jeweilige Zeemann-Aufspal- 28 bzw. 29 übergehen. Zwischen diesen Rohrstücken tung der Energieniveaus hängt von der Stärke des 30 ist ein durchsichtiges Entladungsrohr 30 als Strahangelegten Magnetfeldes ab. Infolgedessen ändert lungsgefäß gehalten, deren Gasfüllung zu einer umsich die genannte Differenzfrequenz entsprechend gekehrten Besetzungsverteilung mindestens zweier der Stärke des anliegenden Magnetfeldes, so daß Energiestufen der jeweiligen Atome angeregt ist, so sich auch im selben Maße die Modulationsfrequenz daß mindestens eine höhere Energiestufe stärker beder Ausgangsstrahlung des Polarisators ändert. Man 35 setzt ist als eine untere, wobei die Gasfüllung vorerhält also schließlich eine nach Maßgabe des zugsweise aus einem Gemisch von Helium und Neon sich ändernden Magnetfeldes modulierte Ausgangs- oder Caesiumdampf oder anderen selektiv fluoresstrahlung. zenten Medien besteht. Vorzugsweise verwendet man

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der als selektiv fluoreszentes Medium eine Gasmischung folgenden beispielsweisen Beschreibung eines bevor- 40 mit einem Neon-Partialdruck von 0,1 Torr und einem zugten Ausführungsbeispiels zur Durchführung des Helium-Partialdruck von 1,0 Torr. Die Enden der erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand der Zeich- Entladungslampe 30 können durch geeignete Haltenungen. Es stellt dar glieder getragen sein. Bei der in F i g. 1 dargestellten

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen optischen Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Verstärker für selektive Fluoreszenz mit Magnetfeld- 45 Endteile der Entladungslampe 31 bzw. 32 aufgeweimodulation, tet und vakuumdicht auf die jeweiligen Endflächen

der Rohrstücke 28 bzw. 29 aufgesetzt. Bei dieser Ausführungsform ist auch das Innere der Rohrstücke und der Bälge 13 und 14 mit der Gas-50 mischung gefüllt.

Die Endscheibe 16 und damit die Spiegelplatte 20 können durch einen oder mehrere handbetätigte Einstellknöpfe 33 verschwenkt werden. Der Einstellknopf 33 sitzt auf einer in der Ringplatte 11 drehbar

F i g. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Zee- 55 gelagerten Schraubspindel 34, welche mit einem mann-Aufspaltung der Energiestufen, Innengewinde der Endscheibe 16 zusammenwirkt. Je

F i g. 7 eine schematische Darstellung des Strah- nach Verstellung des Einstellknopfes 33 wird der lenganges durch den Polarisator, Balg 14 zusammengedrückt oder auseinandergezogen,

Fig. 8 den Intensitätsverlauf der modulierten wodurch gleichzeitig die Winkeleinstellung des Re-Ausgangsstrahlung für drei verschiedene Magnet- 60 flexionsspiegels entsprechend der Betriebsweise der feldstärken und Einrichtung verstellt wird. Erforderlichenfalls kann

F i g. 9 den Zusammenhang zwischen der Aus- man beide Spiegelplatten 19 und 20 schwenkbar ausgangsfrequenz und der Feldstärke des anliegenden bilden.

Modulationsmagnetfeldes. Die Anregung des gasförmigen selektiv fluoreszen-

Der in F i g. 1 dargestellte optische Verstärker für 65 ten Mediums erfolgt durch eine Anregungsstrahlungsselektive Fluoreszenz dient zur Modulation der quelle 35, welche eine Radiofrequenzstrahlung erkohärenten Ausgangsstrahlung eines Strahlungs- zeugt. Hierunter soll im Rahmen der vorliegenden gefäßes mit einem gasförmigen Medium. Im folgen- Erfindung auch eine Mikrowellenstrahlung verstan-

F i g. 2 ein Energiestufenschema der Helium- und Neonatome,

F i g. 3 den Intensitätsverlauf der unmodulierten Ausgangsstrahlung,

■ F i g. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung des Polarisators innerhalb des Strahlenganges,

Fig. 5 den Intensitätsverlauf der modulierten Ausgangsstrahlung,

den werden. Als Anregungsstrahlungsquelle 35 kann man beispielsweise einen einfachen Amateursender verwenden, welcher auf einer Strahlungsfrequenz von beispielsweise 27 MHz eine Ausgangsleitung von 50 bis 60 W abgibt. Man kann jedoch selbstverständlich auch jede andere Anregungsfrequenz verwenden, welche eine ausreichende Koppelung mit einem Anregungszustand des gasförmigen selektiv fluoreszenten Mediums ergibt. Zur Anregung können auch sehr

wesentlichen linear polarisiert ist und daß die Polarisationsrichtung mit einer Frequenz von etwa 525 Hz umläuft.

Das Maximum der Ausgangsstrahlung liegt bei einer Wellenlänge von etwa 1,1526 μΐη. Diese Wellenlänge entspricht dem Übergang zwischen dem 2 S₂- und 2p₄-Zustand des Neonatoms. Die Drehimpulsquantenzahl des 2s₂-Zustandes des Neon-

Amplitudenmodulation der 27-MHz-Anregungsstrahlung herrührt.

Nach der Erfindung ist in den Weg des Ausgangsstrahlenbündels 41 nach F i g. 4 ein Polarisator 40 5 eingefügt. Die Ausgangsstrahlung trifft schließlich auf einen Infrarotempfänger 42 auf, welcher beispielsweise aus einer Photoverstärkerröhre oder einer ähnlichen Anordnung besteht. Die Ausgangsstrahlung des Infrarotempfängers weist eine Modu-

niedere Frequenzen Verwendung finden, wenn mit- ι ο lation von etwa 1050 Hz auf, welche in der Intentels durch die Rohrwandung hindurchgeführter An- sitätskurve 43 nach Fig. 5 zu erkennen ist. Eine Schlüsse eine unmittelbare Anregung des Innen- Verdrehung des Polarisators hat nur einen vergleichsraumes der Entladungslampe möglich ist. Die An- weise geringen Einfluß auf die Ausgangsstrahlung, regungsstrahlung kann jedoch andererseits auch eine lediglich die Wellenform der modulierten Schwinsehr hohe Frequenz aufweisen, welche innerhalb des 15 gung wird in geringem Maße geändert. Hieraus ersichtbaren Teils des Strahlungsspektrums liegt. Die gibt sich, daß das Ausgangsstrahlenbündel 41 im Anregungsstrahlungsquelle 35 ist vorzugsweise mit
drei um die Entladungslampe 30 herumgreifenden
Elektroden 36, 37, 38 ausgestattet. Die jeweils äußeren Elektroden 36 und 38 liegen vorzugsweise an 20
Erde, während die innere Elektrode 37 mit der Ausgangsklemme des Senders verbunden ist.

Wenn die Anregungsstrahlungsquelle 35 in Gang gesetzt ist, wird das selektiv nuoreszente Medium zur

Aussendung eines intensiven Strahlenbündels kohä- 25 atoms hat den Wert / = 1, die Drehimpulsquantenrenter elektromagnetischer Strahlung angeregt, wel- zahl des 2p₄-Zustandes den Wert / = 2. Dementches durch die Lichtfenster 23 und 24 austritt. Die sprechend spalten sich diese Energiezustände in Strahlungsanregung erfolgt, kurz gesagt, in der einem Magnetfeld in ein Triplett bzw. in ein Quintett Weise, daß die Atome des Gasgemisches durch die auf, was in F i g. 6 dargestellt ist. Die jeweilige Auf-Anregungsstrahlung zu einer umgekehrten Be- 30 spaltung der Energiezustände ergibt sich aus der Setzungsverteilung mindestens zweier Energiestufen, Beziehung wobei mindestens eine höhere Energiestufe stärker
besetzt ist als eine untere Energiestufe, angeregt werden. Die Atome werden aus dem Grundzustand in
höhere Anregungszustände angeregt. Sie gelangen 35
durch die Anregungsstrahlung einer festen Frequenz
aus ihrem Grundzustand in einen Anregungszustand.
Die verschiedenen Anregungszustände ergeben sich
aus Fig. 2, wo die Energiezustände des Heliumatoms und des Neonatoms dargestellt sind. Durch 40
die Anregungsstrahlung gelangen die Heliumatome
aus ihrem Grundzustand in den 3s-Zustand, wodurch die Neonatome infolge unelastischer Zusammenstöße aus dem Grundzustand in ihren
2s-Zustand angeregt werden. Der 2s-Zustand des 45
Neonatoms entspricht einer Wellenzahl von etwa
160 000 cm-¹.

Im einzelnen kommen die Heliumatome zunächst in Energiezustände etwas oberhalb ihres
3 s-Anregungszustandes und gelangen dann unter 50 den gleichen Wert. Emission einer schwachen Strahlung, welche zur Die Erfindung ermöglicht eine Frequenzmodu-

Ausgangsstrahlung der Anordnung nicht beiträgt, lation des Ausgangsstrahlenbündels 41. Diese Frein den 3 s-Anregungszustand. Die Neonatome ihrer- quenzmodulation wird durch ein innerhalb der Entseits erreichen von dem 2s-Anregungszustand den ladungslampe 30 erzeugtes Magnetfeld bewirkt. Das 2p-Anregungszustand, dessen Wellenzahl etwa 55 Magnetfeld wird nach Fig. 1 der Zeichnungen mit-150 000 cm"¹ entspricht. Bei diesem Übergang sen- tels einer um die rohrförmige Lampe 30 gelegten den die Neonatome eine Fluoreszenzstrahlung im Feldspule 44 erzeugt. Die Feldspule 44 liegt vor-Infrarotbereich aus. Schließlich fallen die Neon- zugsweise zwischen dem rohrförmigen Mantel und atome in den Grundzustand zurück, worauf sich der den Ringelektroden 36, 37, 38. An die Feldspule ist Anregungsvorgang unter Aussendung von Infrarot- 60 eine Modulationsspannungsquelle 45 angeschlossen, strahlung wiederholt. so daß also die jeweils an der Feldspule anliegende

Es hat sich gezeigt, daß schon unter dem Einfluß elektrische Modulationsspannung innerhalb der Entdes Erdmagnetfeldes in der Ausgangsstrahlung Zee- ladungslampe 30 ein Modulationsmagnetfeld erzeugt. mann-Komponenten auftreten. F i g. 3 zeigt den zeit- Als Modulationsspannungsquelle 45 kann man jeden liehen Verlauf der Ausgangsintensität unter dem 65 geeigneten elektrischen Generator verwenden, wel-Einfluß einer schwachen Anregungsstrahlung. Die eher elektrische Signale erzeugt und aussendet, Ausgangsintensitätskurve 39 weist eine Modulation welche schließlich in der aus Fig. 1 erkennbaren mit 120 Hz auf, welche von einer nichtausgesiebten Weise weitergeleitet werden.

E₁(H) = E₁-(O) + g,'B -H- Tn₁. (1)

Dabei bedeutet

E die jeweilige Energie des betreffenden

Anregungszustandes, der Index i den jeweiligen Energiezustand 2s₂ bzw.

2_Pi.

H die magnetische Feldstärke, gi den spektroskopischen Aufspaltungsfaktor des Zustandes i, B das sogenannte Bohrsche Magneton und m_t die z-Komponente des Drehimpulsvektors.

Der spektroskopische Aufspaltungsfaktor g des 2p₄-Zustandes hat den Wert 1,301 und der Aufspaltungsfaktor des 2s„-Zustandes im wesentlichen

Das innerhalb des selektiv fluoreszenten Mediums In dieser Gleichung bedeutet

erzeugte Magnetfeld bewirkt eine magnetische Auf- ,. _ , ,

spaltung der Energiezustände entsprechend dem an ^J>» die Resonanzfrequenz des Strahlungs-

sich bekannten Zeemann-Effekt. Die jeweilige Größe Hohlraums,

der Aufspaltung hängt dabei von der jeweiligen 5 *xe ^die Strahlungsfrequenz der Neon-

Stärke des Modulationsmagnetfeldes ab. Mit zuneh- atome,

mender Feldstärke wird die magnetische Aufspaltung Av_c und Av_Xe die jeweiligen Halbwertsbreiten der der Energiezustände größer. Dies ist in F i g. 6 dar- betreffenden Resonanzkurven,

gestellt, welche eine Aufspaltung des Zs^-Zustandes

in drei durch die magnetischen Quantenzahlen 10 Wenn man in der weiter oben angegebenen Glei-M₅=+1,0 und — 1 gekennzeichnete Energie- chung (1) einen Aufspaltungsfaktor g = 1,3 und eine zustände zeigt. Der 2p₄-Zustand wird in fünf durch magnetische Feldstärke H — 0,5 Gauß einsetzt und die magnetischen Quantenzahlen Mp=+2, +1,0, für die oben genannten Strahlungsfrequenzen die — 1, —2 gekennzeichnete Energiezustände auf- Werte Av_Se = 10³ MHz und Av_c = 0,33-MHz (entgespalten. 15 sprechend einer Güte des Strahlungshohlraums Das Ausgangsstrahlenbündel 41 besteht nach Q = 10⁹) annimmt, so erhält man aus der obigen Fig. 4 der Zeichnungen aus drei Komponenten. Gleichung eine Umlauffrequenz der Polarisations-Eine Komponente weist die Frequenz f_D der un- richtung des Strahlenbündels 49 von 300 Hz. Dies beeinflußten Strahlung auf, während die beiden gilt, wenn das Erregungsmagnetfeld parallel zur anderen Komponenten Frequenzen Z₁ bzw. /₂ auf- 20 Achse der Entladungslampe 30 liegt. Abweichungen weisen, welche jeweils einem Strahlungsübergang der Richtung des Erregungsmagnetfeldes zu der zwischen den magnetischen Anregungszuständen Rohrachse beeinflussen jedoch die Wirkungsweise M_s — +1 und M„ = 0 bzw. zwischen den Zu- einer Einrichtung nach der Erfindung nur sehr ständen M_s = — 1 und M_p = 0 entsprechen. wenig.

Dieser Zusammenhang ist schematisch in F i g. 7 25 Es zeigt sich, daß die Umlauffrequenz der Polaridargestellt. Dort ist das Ausgangsstrahlenbündel 41 sationsrichtung des Strahlenbündels 49 normalerin drei Komponenten 46, 47 und 48 zerlegt, welche weise 625 Hz/Gauß beträgt. Errechnet man dagegen sämtlich den Polarisator 40 erreichen. Die Kompo- aus den oben angegebenen Gleichungen die Umnente 46 ist rechtszirkular polarisiert und weist eine lauffrequenz, so erhält man einen Wert von Frequenz oberhalb der unveränderten Strahlungs- 30 610 Hz/Gauß. Somit stimmen die theoretischen frequenz auf. Die Komponente 48 ist hingegen links- Werte mit den Meßwerten sehr genau überein, zirkulär polarisiert und weist eine Frequenz unter- woraus man einerseits auf die Richtigkeit der halb der unveränderten Ausgangsstrahlung auf. Die Theorie und andererseits auf die Genauigkeit einer Komponente 47 schließlich ist linear polarisiert und Einrichtung nach der Erfindung schließen kann. Dies hat keine Frequenzverschiebung gegenüber einer 35 ist im wesentlichen auf die hohe Kreisgüte Q eines magnetisch nicht beeinflußten Strahlung des 2 S₂-Zu- Resonators mit Fabry-Perot-Spiegeln zurückzustandes. Wenn die Richtung des Modulationsmagnet- führen.

feldes im wesentlichen parallel zur Achse der Ent- F i g. 8 zeigt drei verschiedene Intensitätskurven

ladungslampe 30 verläuft, tritt die unverschobene der Ausgangsstrahlung, welche drei verschiedenen Komponente 47 nicht auf, da die Ausbeute unter- 40 Feldstärken des Erregungsmagnetfeldes entsprechen, halb des für die selektive Fluoreszenz erforderlichen Die Intensitätskurve 50 mit einer Frequenz von Verstärkungsschwellenwertes liegt. Abgesehen davon 16 660 Hz entspricht einer Magnetfeldstärke von würde jedoch das Vorhandensein der Komponente 9,6 Gauß, die Kurve 51 mit einer Frequenz von 47 die Wirkungsweise einer Einrichtung nach der 39400 Hz einer Magnetfeldstärke von 19,2 Gauß Erfindung nicht stören, da die Komponente 47 durch 45 und die Kurve 52 mit einer Frequenz von 73 600 Hz eine geringfügige Drehung des Polarisationsanalysa- einer Magnetfeldstärke von 38,4 Gauß. tors 40 ausgeschaltet werden könnte. F i g. 9 schließlich zeigt die Abhängigkeit der

Die beiden zirkulär polarisierten Komponenten, Ausgangsfrequenz von der Magnetfeldstärke. Man welche durch Verlagerung der optischen Achse der erhält eine im wesentlichen lineare Abhängigkeit. In Anordnung in elliptisch polarisierte Komponenten 50 F i g. 2 ist im einzelnen der Zusammenhang zwischen umgewandelt werden können, werden innerhalb des kleinen magnetischen Feldstärken und kleinen Aus-Polarisationsanalysators 40 einander überlagert und gangsfrequenzen dargestellt. Es zeigt sich jedoch, ergeben ein linear polarisiertes Ausgangsstrahlen- daß der Kurvenverlauf auch bei hohen magnetischen bündel 49, dessen Polarisationsrichtung mit einer Feldstärken und hohen Ausgangsfrequenzen im we-Frequenz umläuft, welche der halben Differenz- 55 sentlichen linear ist.

frequenz zwischen den Frequenzen der beiden Korn- Wenn die Differenzfrequenz zwischen den beiden

ponenten 46 und 48 gleich ist. genannten zirkulär polarisierten Komponenten im

Die Differenzfrequenz zwischen den beiden ent- wesentlichen der Differenzfrequenz zwischen zwei gegengesetzt zirkulär polarisierten Komponenten ist benachbarten Schwingungszuständen des Resonanzinfolge eines Mitnahmeeffektes des Strahlungshohl- 60 hohlraumes gleich ist, d. h. also, wenn für die beiden raums kleiner als die Zeemann-Verschiebung der zirkulär polarisierten Komponenten sich die Längen entsprechenden Spektrallinien, da die Entladungs- des Resonanzhohlraumes zwischen den beiden Relampe 30 als Resonanzhohlraum wirkt. Die Reso- flexionsspiegeln um ganzzahlige Vielfache einer halnanzfrequenz v₀ beläuft sich auf ben Wellenlänge unterscheiden, so ergibt sich ein

65 zusätzlicher Effekt. Bei einer schwachen Anregung

A Vc ^unc* β^βί einem geeigneten Abstand der Spiegel

v₀ — v_c + (vs;_e — !■,) —j-"--- ■ (2) schwingt der Resonanzhohlraum in zwei benachbar-

^Ne ten Anregungszuständen, welche jeweils einer zirku-

lar polarisierten Komponente entsprechen. Die Differenzfrequenz ist in diesem Fall der Frequenzdifferenz zwischen diesen beiden benachbarten Anregungszuständen gleich.

Die Erfindung ermöglicht also gemäß der vorstehenden Beschreibung eine Modulation der Ausgangsstrahlung eines kohärenten elektromagnetischen Strahlers.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Modulation kohärenter elektromagnetischer Strahlung eines selektiv fluoreszenten Mediums mittels des Zeemann-Effektes, dadurch gekennzeichnet, daß die kohärente Ausgangsstrahlung, auf die ein einstellbar veränderliches Magnetfeld im Bereich des selektiv fluoreszenten Mediums einwirkt, in zwei jeweils entgegengesetzte zirkulär polarisierte Komponenten verschiedener Frequenz aufgespalten wird und daß in einem Polarisator aus diesen beiden Komponenten ein linear polarisiertes Strahlenbündel mit umlaufender Polarisationsrichtung erzeugt wird, deren Umlauffrequenz der halben Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen der beiden zirkulär polarisierten Komponenten gleich ist, wobei die Frequenzdifferenz der beiden zirkulär polarisierten Komponenten der Feldstärke des Magnetfeldes proportional ist.

2. Modulationseinrichtung eines optischen Verstärkers für selektive Fluoreszenz, dessen selektiv fluoreszentes Medium innerhalb eines Rohres angeordnet ist, auf das eine Anregungsstrahlungsquelle einwirkt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbar veränderliches Magnetfeld eines Modulationsgenerators (45) auf das selektiv nuoreszente Medium einwirkt und eine Frequenzmodulation der polarisierten Ausgangsstrahlung bewirkt.

3. Modulationseinrichrung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsgenerator an einen Magnetfeldmodulator (44) zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einstellbar veränderlicher Feldstärke angeschlossen ist.

4. Modulationseinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zirkular polarisierten Komponenten verschiedene Frequenzen und entgegengesetzt zirkuläre Polarisation aufweisen und daß der Analysator aus den beiden Komponenten eine linear polarisierte resultierende Ausgangsstrahlung ableitet.

5. Modulationseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Polarisationsanalysator zur Erzeugung einer linear polarisierten resultierenden Ausgangsstrahlung, deren Polarisationsrichtung mit der Differenzfrequenz der Frequenzen der beiden Komponenten umläuft.

6. Modulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsgenerator unmittelbar an den Strahlungsraum angeschlossen ist.

7. Modulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsstrahlungsquelle im Radiofrequenzbereich arbeitet.

8. Modulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch ein gasförmiges selektiv fluoreszentes Medium.

9. Modulationseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das selektiv nuoreszente Medium Helium mit etwas Neon enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 929 922;
Physical Review, Bd. 112, Nr. 6, vom 15.12.1958, . 1940 bis 1949, insbesondere S. 1942;
Scientific American, Oktoberheft 1960, S. 79;
La Nature, Januarheft 1962, S. 7, Fig. 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen