DE1287228B - Optischer Sender - Google Patents

Description

Sender zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung io hoferscher Punktgröße) angeordnet, um die Strahlung

in axialen Eigenschwingungen aufzunehmen und Strahlung in nicht axialen Eigenschwingungen zu blockieren.

Ein derartiger optischer Sender besitzt Nachteile, da er die Gesamtausgangsleistung des optischen Senders infolge der Energieaufnahme durch die das Loch „umgebende Fläche der Lochblende reduziert. Weiterhin ist die Energiekonzentration in dem Loch äußerst hoch, und die Energie an den das Loch

Leistung in Betracht kommen. Es wurden noch weitere Geräte zur Auswahl von Eigenschwingungen vorgeschlagen, die jedoch nicht die Einfachheit und

und einen Durchmesser, die im wesentlichen dem Querschnitt des Mediums entsprechen, damit ein großer Teil des Volumens des Mediums ausgenutzt und das von der Vorrichtung erhältliche Ausgangsbesteht in ihrer Fähigkeit, einen Strahl von hoher Richtwirkung zu erzeugen, so daß die Energie in einem Ausmaß gesteuert, gerichtet und konzentriert werden kann, das die Fähigkeiten bisher bekannter Vorrichtungen bei weitem übertrifft.

Ein derartiger Sender besteht im wesentlichen aus einem stimulierbaren Medium, das infolge stimulierter Emission Licht (das ist Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich des

elektromagnetischen Spektrums) verstärken kann, 20 umgebenden Kanten der Lochblende neigt zur Zer- und einem optischen Resonator mit reflektierenden störung derselben, insbesondere wenn Impulse hoher Spiegeln, die so angeordnet sind, daß die so verstärkte Strahlung wiederholt durch das Medium
läuft, um eine für eine Schwingung ausreichende
Verstärkung zu gewährleisten. 25 Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Einer der einfachsten und üblichsten optischen aufweisen.

Resonatoren für optische Sender besteht aus zwei Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen

parallelen ebenen Reflektoren, von denen zumindest optischen Sender zu schaffen, bei dem nicht axiale einer teildurchlässig ist. Solche parallel angeordneten Eigenschwingungen auf einfache und wirkungsvolle Reflektoren haben charakteristischerweise eine Form 30 Weise durch besondere Bemessung der den optischen

Resonator begrenzenden Spiegel ausgeschaltet

werden.
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß der

optische Resonator aus mehreren Spiegeln besteht,

signal möglichst groß gemacht werden kann. Die 35 von denen der ausgangsseitige einen effektiven Größe dieser Reflektoren ist sehr groß im Vergleich Öffnungsdurchmesser aufweist, der etwa dem geomezur Wellenlänge der verwendeten Strahlung. irischen Mittel aus T und W entspricht, wobei T die

Es ist leicht einzusehen, daß das Ausgangssignal Gesamtlänge des Rückkopplungspfades und W die eines optischen Senders mit ebenen, parallelen Betriebswellenlänge des optischen Senders ist, und Reflektoren eine Vorzugsrichtung besitzt, die senk- 40 wobei alle anderen Spiegel eine Fläche haben, die recht zur Oberfläche der Reflektoren, d. h. axial zum groß im Verhältnis zur effektiven Öffnung des ausoptischen Sender, verläuft. Die durch den optischen gangsseitigen Spiegels und nicht kleiner als die Sender in anderen Richtungen laufende Strahlung Fläche des Beugungsmusters des ausgangsseitigen hat die Neigung, aus dem optischen Resonator Spiegels projiziert auf den gegenüberstehenden »herauszuwandern«. Experimente haben jedoch ge- 45 Spiegel ist, so daß die Ausstrahlung ungehindert an zeigt und theoretische Analysen veranschaulichen, der effektiven Öffnung vorbei erfolgen kann, daß bei ebenen parallelen Reflektoren andere nicht Im optischen Resonator wird somit als Ausgangsaxial liegende Eigenschwingungen auftreten. Die signal des optischen Senders die Energie ausgewählt, Verluste in diesen nicht axialen Eigenschwingungen die bei üblichen optischen Sendern den Beugungssind verhältnismäßig groß, aber diese Eigen- 50 verlust darstellen würde. Es tritt keine Energieschwingungen sind nichtsdestoweniger üblich, wenn konzentration an den Reflexions- oder Abgabeversucht wird, das Ausgangssignal des optischen flächen auf, die über der Energiekonzentration des Senders durch Erhöhen der Anregung oder ander- Ausgangsbündels liegt.

weitiger Erhöhung der Verstärkung zu steigern. Andere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgen-

Gemäß den allgemein bekannten Prinzipien der 55 den Beschreibung an Hand der Zeichnungen. Rückkopplungsschwingung wird der Schwellenwert

für die Schwingung dann erreicht, wenn die Verstärkung für den Rückkopplungszyklus gerade größer als die Verluste ist.

Es zeigt

Fig. 1 teilweise schematisch eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen optischen Senders, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines an-

Der Fachmann weiß, daß viele Anwendungen von 60 deren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sendern ein Ausgangssignal elektro- optischen Senders mit einem konvexen kleinen magnetischer Strahlung erfordern, das möglichst gut Spiegel,
gerichtet ist, und daß bei üblichen Formen von
optischen Resonatoren die Neigung besteht, Aus-

F i g. 3 eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen

gangssignale in anderer als einer axialen Richtung 65 optischen Senders mit einem konkaven großen zu erzeugen, so daß die gewünschte Bedingung nicht Spiegel und eingehalten wird.
Es fehlt nicht an Lösungen, die eine Beschrän-

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen

optischen Senders mit Mitteln zum Erzeugen großer Impulse durch ß-Schalttechnik.

Es wird nun auf F i g. 1 Bezug genommen, die einen optischen Sender 11 zeigt, der beispielsweise ein gasförmiger, mit Hochfrequenz angeregter Sender ist.

Für das gasförmige Medium ist ein Gehäuse 12 vorgesehen, das mit Fenstern 14 und 15 ausgestattet ist, die in dem Brewster-Winkel angeordnet sind, um Übertragungsverluste in den Fenstern 14 und 15 in bekannter Weise zu vermeiden.

Elektroden 16 umgeben das Gehäuse 12 und werden über elektrische Leiter 18 von einer Versorgungsquelle 17 angeregt. Eine Hochfrequenzentladung wird hierdurch in dem Medium erzeugt, das etwa aus einer Helium-Neon-Mischung bestehen kann (die mit einer Wellenlänge von 3,39 μΐη schwingt).

Der optische Resonator 11 besitzt reflektierende Flächen, nämlich Spiegel 21 und 22. Der Spiegel 21 kann aus einer Aluminium- oder Silberschicht ao bestehen, die auf einem optisch flachen Träger 19 aufgebracht wurde oder aus einem vielschichtigen Interferenzreflektor mit hoher Reflexion (etwa 99%) bei der Betriebswellenlänge des Gerätes.

Der Spiegel 22 ist klein im Vergleich zum Spiegel as

21 und zur Begrenzungsöffnung des optischen Senders, der im Falle der F i g. 1 das Gehäuse 12 ist. Zur leichteren Veranschaulichung soll angenommen werden, daß in F i g. 1 beide Spiegel 21 und 22 eben und zueinander parallel angeordnet sind. Der Spiegel

22 kann in gleicher Art gebildet sein wie der Spiegel

21 oder aber ein hochpolierter Reflektor aus festem Metall (z. B. Silber oder Gold) sein.

Wie der Spiegel 22 gehaltert ist, wird nicht gezeigt, es ist jedoch verständlich, daß es sich dabei um einen Speichenaufbau handeln kann, der den Ausgangspfad des optischen Senders nur unwesentlich behindert; der Spiegel 22 kann aber auch an dem im Brewster-Winkel angeordneten Fenster 14 entweder an der Innenseite oder der Außenseite oder auf einem weiteren, lediglich zur Halterung des Spiegels

22 vorgesehenen, im Brewster-Winkel angeordneten Fenster gehaltert sein. Andere Mittel zur Abstützung des Spiegels 22 werden nachstehend bei der Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung noch bekannt.

Die Arbeitsweise des Gerätes gemäß F i g. 1 soll nun erläutert werden. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform des in Fig. 1 veranschaulichten Gerätes besitzt das Gehäuse 12 einen Innendurchmesser von 7 mm und eine Länge von 35 cm. Der Abstand zwischen den Spiegeln beträgt 60 cm, und der Durchmesser des kleinen Spiegels ist 1 mm.

Es ist bekannt, daß die Vergrößerung des Verhältnisses des Abstandes zwischen den Spiegeln zu deren Durchmesser die Auswahl der Eigenschwingungen eines optischen Senders fördert. Diese Eigenschaft wird auch tatsächlich bei den sogenannten optischen Resonatoren mit entfernt voneinander angeordneten Spiegeln verwendet, wobei das Verhältnis des Abstandes zwischen den Reflektoren zum Reflektordurchmesser dadurch vergrößert wurde, daß ein Reflektor in beträchtlicher Entfernung angeordnet war.

Die Reduzierung der Größe der Spiegel zur Vergrößerung des vorgenannten Faktors schien vor der vorliegenden Erfindung nicht zweckmäßig, denn diese Verringerung der Größe der Spiegel in üblichen optischen Resonatoren mit einem Ausgang durch einen teilweise durchlässigen Reflektor brachte eine Erhöhung der Beugungsverluste mit sich. Dies bedeutet, daß Licht längs der Kanten der Reflektoren verlorenging. Außerdem ergab sich dabei eine Verringerung des effektiven Volumens des Mediums und damit der Leistung, die erzeugt werden konnte. Somit erschien die Reduzierung der Reflektorabmessungen nicht geeignet, um ein Anwachsen der Leistung zu erreichen, die in einer bestimmten Eigenschwingung erzeugt werden konnte.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Sender gemäß F i g. 1 ist einer der Reflektoren, nämlich der Spiegel 22, so klein bemessen, daß das Beugungsmuster der durch diesen kleinen Spiegel dargestellten Öffnung eine Fläche beleuchtet, die um ein Vielfaches größer ist als der kleine Spiegel 22. Bei dem optischen Sender nach F i g. 1 ist die Fläche des Spiegels 21, die durch dieses Beugungsmuster beleuchtet wird, von einem Durchmesser, der dem halben Durchmesser des Gehäuses 12 entspricht, das die begrenzende öffnung des Systems darstellt. Demgemäß divergiert der vom Spiegel 21 reflektierte Strahl, um das Gehäuse 12 in der Nähe des Fensters 14 praktisch auszufüllen.

Ein großer Prozentsatz der durch das Fenster 14 austretenden Energie trifft nicht auf den Spiegel 22 (in Fig. 1 annähernd 90%). Aber gemäß der Erfindung stellt diese Strahlung den Ausgang des optischen Senders dar. Dieses Ausgangssignal wird selektiv so beeinflußt, daß es eine bestimmte Fortpflanzungsrichtung besitzt oder, mit anderen Worten, sich in gewählten Eigenschwingungen fortpflanzt. Die Eigenschwingungen sind axial, wenn die Reflektoren im wesentlichen parallel sind.

Bei dem optischen Sender nach F i g. 1 ist das Ausgangsbündel leicht divergent, aber es kann mühelos mittels einer geeigneten Linse oder einem Reflektor kollimiert werden. Gemäß den bekannten optischen Gesetzen hängt die minimal erreichbare Strahlungsdivergenz von der öffnung der verwendeten Ausgangslinse bzw. des Reflektors ab. Die Tatsache, daß eine kleine zentrale Fläche des Ausgangsstrahles oder -bündeis durch den Spiegel 22 verdeckt wird, beeinflußt die Richtwirkung oder Bündelung des Ausgangsstrahls nicht wesentlich. Dies wird durch einen Vergleich mit einem astronomischen Reflexionsteleskop verständlich, für das es längst bekannt ist, daß eine kleine zentrale Fläche der Öffnung das Auflösungsvermögen des Teleskops nicht beeinträchtigt.

Während vorzugsweise axiale Eigenschwingungen mit dem erfindungsgemäßen Gerät ausgewählt werden, können auch gewählte nicht axiale Eigenschwingungen erzeugt werden, wenn die Spiegel in geeigneter Weise gegeneinander verschwenkt werden.

Aus den vorstehenden Erläuterungen des optischen Senders gemäß F i g. 1 zeigt sich somit, daß ein derartiges Gerät sehr gut für die Verwendung mit einem stimulierbaren Medium geeignet ist, das eine verhältnismäßig hohe Verstärkung besitzt. Es ist allgemein bekannt, daß zur Aufrechterhaltung der Schwingung die Gesamtverstärkung in dem Rückkopplungszyklus die Gesamtverluste geringfügig übertreffen muß. Die Tatsache, daß der Spiegel 22 im Vergleich zur Querschnittsfläche des Strahles in der Ebene des Spiegels 22 eine verhältnismäßig kleine Fläche einnimmt, bedeutet, daß der »Verlust« hoch

ist und bei dem speziellen angegebenen Beispiel in der Größenordnung von 90 ^e/o liegt. Demgemäß sollte die Gesamtverstärkung bei zwei Durchläufen durch das Medium 13 gleich oder größer einem Faktor von 10 sein, so daß für einen Durchlauf die Verstärkung etwas größer als 3 zu bemessen ist. Glücklicherweise ist eine derartige Verstärkung in verschiedenen stimulierbare Medien, beispielsweise Helium-Neon, Rubin usw., leicht erreichbar. Außerdem läßt sich für zukünftige Entwicklungen für Medien mit Sicherheit sagen, daß weitere Medien mit hoher Verstärkung gefunden oder entwickelt werden. Natürlich kann eine ungenügende Verstärkung in einem bestimmten Medium bis zu einem gewissen Grade durch Verlängerung des Mediumvolumens in praktischen Grenzen ausgeglichen werden. Aus den vorstehenden Erläuterungen hat sich Mit der Vergrößerung der Abmessungen des Spiegels 36 ist auch ein Nachteil verbunden: Die Vergrößerung dieser Dimension dieses Spiegels stellt höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung des Spiegels 36 in bezug auf den Spiegel 34. Ein zuvor nicht genannter Vorteil des optischen Senders nach Fig. 1 besteht darin, daß die Ausrichtung der Spiegel 21 und 22 weit weniger kritisch ist als im Falle der üblichen, großen, gleichbemessenen, ebenen, parallelen Spiegel eines üblichen Fabry-Perot-Lasers (und zwar auf Grund der kleineren Fresnelzahl). Bei einer typischen Anordnung würde die Ausrichtungstoleranz für den Spiegel 22 einige Bogenminuten betragen, was leicht erreichbar ist.

Aus F i g. 2 ist auch zu entnehmen, daß die Linse 35 auch dazu verwendet werden kann, den Ausgangsstrahl des optischen Senders entweder zu kollimieren oder zu fokussieren, da dieser sonst divergierend wäre. Die Brennweite der Linse 35 kann unabhängig

somit ergeben, daß die Erfindung auf einem völlig
neuen Wege einen Eigenschwingungen ausscheidenden optischen Sender aufzeigt, der von beachtlicher ao vom Krümmungsradius T₁ des Spiegels 36 durch VerEinfachheit und Wirksamkeit ist und gleichzeitig änderung des Krümmungsradius r₂ der äußeren Ober-Strahlung hoher Intensität erzeugen kann.

Eine der zahlreichen Abwandlungen des allgemeinen Prinzips der Erfindung ist schematisch in F i g. 2 veranschaulicht. Zahlreiche übliche Merkmale des optischen Senders wurden der Einfachheit halber in Fig. 2 weggelassen, beispielsweise die Stromversorgung und Einzelheiten des Gehäuses mit den Brewster-Fenstern usw. Diese und andere Merkfläche der Linse bemessen werden.

Es ist insbesondere bei dem optischen Sender nach Fig. 2 zu beachten — und dieselbe Situation kann bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung auftreten —, daß die Halterung für den kleinen Spiegel die Quelle von unerwünschten Streureflexionen sein kann. Bei dem optischen Sender nach Fig.2 werden diese Reflexionen etwa durch Auf

male sind natürlich in dem erfindungsgemäßen 30 bringen einer Antireflexionsschicht auf der den Spie

optischen Sender im Rahmen der Kenntnisse des Fachmanns enthalten. Es ist zu beachten, daß das stimulierbare Medium in Fig. 2 nur allgemein angedeutet ist, und es sei darauf hingewiesen, daß feste oder flüssige Medien genausogut wie gasförmige im Rahmen der Erfindung verwendet werden können.

Das spezielle, in F i g. 2 veranschaulichte Gerät weicht von dem zuvor erläuterten optischen Sender dadurch ab, daß gekrümmte Reflexions- und Brechungsflächen verwendet werden.

Ein optischer Sender 30 besitzt ein Gehäuse 32 für ein stimulierbares Medium 31 (bei Verwendung von festen Medien, beispielsweise Rubin, ist natürlich kein Gehäuse erforderlich). Eine Reflexionsfläche, nämlich Spiegel 34, ist auf einem Träger 33 aufgebracht, und eine zweite Reflexionsfläche, nämlich Spiegel 36, ist auf einer bikonvexen Linse 35 angeordnet, die zur Reduzierung von Übertragungsverlusten aus Quarz sein kann.

gel 36 umgebenden Linse 35 auf ein Minimum reduziert. Es kann auch wünschenswert sein, die Dicke des Spiegels 36 und der Schicht auf der Linse 35 so zu bemessen, daß der kleine Anteil an rings um den Spiegel 36 reflektierter Energie in Phase mit der vom Spiegel 36 reflektierten Energie ist. Auf diese Weise wird eine störende Interferenz im Rückkopplungspfad vermieden, und der einzige unerwünschte Effekt der Streureflexionen bestände nur noch in einem leichten Zurückgehen in der Auswahl der Eigenschwingungen des Reflektorsystems.

Bei dem optischen Sender nach Fig. 2 wird das Problem der Streureflexionen auch durch die Konvexität der den Spiegel 36 abstützenden Oberfläche verringert, da Streureflexionen zum Divergieren gebracht werden und größtenteils nicht mehr zum Spiegel 34 gelangen. Wie sich aus der Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele des optischen Senders ergibt, kann die Ausschaltung von Streureflexionen

Der Spiegel 36 hat die gleiche Krümmung wie die 50 in verschiedener Weise erzielt werden, wenn sie ein Basis der Linse 35, auf der er gehaltert ist, und stellt beachtliches Problem darstellen. somit einen konvexen Reflektor dar. Wie noch näher Es scheint hier erforderlich, kurz auf die Art und

zu erläutern sein wird, kann der Spiegel 36 infolge Weise einzugehen, in der Spiegel und/oder Linsen seiner Konvexität im Verhältnis zu der Begrenzungs- verschiedener Krümmung bei den Abwandlungen öffnung des Systems, wie sie durch das stimulierbare 55 des erfindungsgemäßen Gerätes verwendet werden Medium31 oder die Linse35 dargestellt wird, größer können. Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, kann

Wird der Spiegel 36 so bemessen, daß sein Durchmessen im Verhältnis zum Öffnungsdurchmesser des optischen Senders größer ist, dann hat dies den Vorteil, daß ein größerer Anteil der Energie in einen Rückkopplungspfad zurückgebracht wird, so daß es nicht notwendig ist, die Verstärkung im System so groß wie sonst üblich zu bemessen. Mit anderen der kleine Spiegel entweder eben oder konvex sein. Er kann auch konkav sein, wie sich aus Fig. 4 ergibt.

Aus Fig. 4 ist ebenfalls ersichtlich, daß der kleine Spiegel durch etwas ersetzt werden kann, was in Wirklichkeit ein kleines Loch ist, hinter dem ein nicht so kleiner Reflektor angeordnet wird.

An die Stelle des in den Fig. 1 und 2 gezeigten

Worten, die »Verluste«, die zur Aufrechterhaltung 65 ebenen großen Spiegels kann auch ein konkaver

der Schwingung überwunden werden müssen, werden reduziert, wodurch sich auch eine Verringerung der Verstärkungsbedingung ergibt.

treten, was eine besonders zweckmäßige Art zur Erzeugung eines kollimierten Ausgangssignals ohne Einschaltung weiterer konvergierender optischer

Bauteile darstellt. Die Verwendung eines konkaven großen Spiegels gestattet auch in einfacher Weise, den austretenden Strahl konvergierend zu machen, was fUr gewisse Anwendungsfälle wünschenswert sein kann. Der große Reflektor kann natürlich auch konvex sein, doch dürften die Vorteile dieser Ausbildung nur begrenzt Anwendung finden.

Es sei nochmals kurz auf die Ausführungsform gemäß F i g. 1 mit ebenen Spiegeln Bezug genommen. Es wurde bereits herausgestellt, daß die optimale Dimensionierung für die Auswahl der Eigenschwingungen im allgemeinen die ist, bei der das Beugungsmuster vom kleinen Spiegel 22 gerade die ganze öffnung des optischen Senders ausfüllt, die durch das Gehäuse 12 in F i g. 1 dargestellt wird. Verwendet man die Streckenbezeichnungen der F i g. 2, dann sind die Abmessungen des nur ebene Spiegel verwendenden Systems zweckmäßigerweise

mit d =

zu wählen.

Wird andererseits, wie in Fig. 2, ein kleiner konvexer Spiegel verwendet, so können die Werte am

IdA

günstigsten mit r_x = yr^-, gewählt werden; r₂ errechnet sich einfach so, daß sich die geeignete Linsenbrennweite ergibt, um den Ausgangsstrahl, falls erwünscht, zu kollimieren.

Ein konkaver großer Spiegel ist in F i g. 3 gezeigt; bei dieser Ausführung befindet sich das stimulierbare Medium 41 in einem Gehäuse 42, und eine große konkave Reflexionsfläche 44 ist auf einer Unterlage 43 abgestützt. Der kleine Spiegel 46 ist als flacher Reflektor gezeigt, er kann natürlich auch konkav oder konvex sein.

Bei einem Gerät mit einem gekrümmten konkaven großen Spiegel 44, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, kann r₃ annähernd 2 L sein, wenn

λ. und d =

Ar₃

In Abwandlung kann der konkave Spiegel gemäß F i g. 3 mit dem konvexen kleinen Reflektor gemäß Fig. 2 mit beispielsweise folgenden Maßen verwendet werden:

r, = 2 (L+ /·,), «/=0,10
d D dL

--; r_x

In diesem Beispiel ist r₂= —r_v wenn das Ausgangsstrahlenbündel kollimiert werden soll.

F i g. 4 veranschaulicht die Art, in der der optische Sender in einfacher Weise zur Erzeugung rascher intensiver Ausgangsimpulse mit einem Q-Schalter ausgestattet werden kann. Ein in F i g. 4 gezeigtes stimulierbares Medium 51 kann ein Rubin oder ein anderes festes Material sein. Eine Stirnseite 52 des stimulierbaren Mediums ist konkav geschliffen und stellt eine divergierende Linse dar. Die andere Stirnseite 53 ist beispielsweise eben.

Die in F i g. 4 veranschaulichte spezielle Optik ist natürlich lediglich als Beispiel gedacht, und weitere oder andere optische Bauteile können vom Fachmann ohne weiteres eingesetzt werden. Beispielsweise sind keine im Brewster-Winkel angeordnete Übertragungsflächen gezeigt, obwohl diese erwünscht sein können. Ein konkaver großer Spiegel 54 ist vorgesehen, der eine Krümmung besitzt, die zusammen mit der Divergenz der Stirnfläche 52 zur Kollimation des Ausgangsstrahls an der Stirnseite 53 gemäß bekannten optischen Techniken und der vorstehenden Beschreibung wirkt.

Ein kleiner abgewinkelter Reflektor, beispielsweise in Form eines Prismas 55, ist an die Stelle des kleinen Spiegels der obigen Systeme gesetzt.

ίο In den vom Prisma 55 abgelenkten Strahl ist ein Q-Schalter 57 eingesetzt. Der Q-Schalter kann von beliebiger bekannter Art sein und beispielsweise eine Kerr-Zelle, ein entfärbbarer sättigbarer Absorber, ein rotierendes Prisma, eine Pockels-Zelle oder ein elektrisch gesteuertes Prisma veränderbarer Brechung sein.

Der vom Prisma 55 abgelenkte Strahl wird durch den Q-Schalter 57 zum Prisma 55 durch den konvergierenden Spiegel 56 zurückgeleitet. Der folgende

ao Verlauf des Strahls ist zurück durch das stimulierbare Medium 51 zu dem konkaven Spiegel 54 und dann durch die Stirnseite 52 in das Medium 51; an dieser Stelle ist der Strahl durch die kombinierte Wirkung des Spiegels 54 und der divergierenden

as Linsenfläche 52 kollimiert. Somit tritt das Ausgangssignal des Gerätes als kollimierter Strahl aus.

Das Gerät gemäß F i g. 4 hat viele Vorteile gegenüber bekannten Q-geschalteten optischen Sendern. Der optische Sender gemäß F i g. 4 besitzt den Q-Schalter 57 nur im Rückkopplungspfad für den optischen Sender und nicht im endgültigen Ausgangsweg. Der Rückkopplungspfad braucht nur 2°/o oder weniger der Gesamtleistung im Ausgang der Vorrichtung zu enthalten, und somit werden verhältnismäßig hohe Verluste im Q-Schalter ohne schwerwiegende Herabsetzung des Gesamtwirkungsgrades gestattet werden können. Verluste im Q-Schalter müßten durch Erhöhen der Verstärkung im stimulierbaren Medium ausgeglichen werden, doch stellt dies eine sehr geringe Schwierigkeit dar. Die besondere, in F i g. 4 gezeigte Ausführungsform des optischen Senders hat weiterhin den Vorteil, daß der Q-Schalter 57 und die Spiegel 54 und 56 an Stellen im optischen Pfad angeordnet sind, an denen die Intensität niedrig ist. Nur das Prisma 55 ist einer höheren Intensität des Ausgangsstrahls ausgesetzt und kann als Reflektor derart mit innerer Totalreflexion gewählt sein, bei dem praktisch keine Absorption auftritt, oder er kann auf andere Weise so konstruiert sein, daß er höheren Intensitäten standhalten kann.

Es sei erwähnt, daß bei dem optischen Sender nach F i g. 4 oder bei einem anderen der vorher beschriebenen Ausführungsformen das Ausgangssignal des optischen Senders durch eine um 45° gedrehte Reflexionsfläche abgelenkt werden kann, in die ein kleines, vorzugsweise elliptisches Loch eingebracht wurde, das die öffnung oder Weite des kleinen Reflektors definiert. Der kleine Reflektor kann dann hinter dem kleinen Loch angeordnet werden, wodurch sich im wesentlichen die gleiche Arbeitsweise, wie zuvor beschrieben, jedoch mit einer geringfügig veränderten Zusammenstellung ergibt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender für stimulierte Strahlung mit einem stimulierbaren Medium in einem opti-

909 503/1303

sehen Resonator, dessen Spiegel einen Rückkopplungspfad bilden, dessen strahlungsausgangsseitige Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche des Strahlungsausgangs ist, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator (21, 22; 34, 36; 44, 46; 54, 56) aus mehreren Spiegeln besteht, von denen der ausgangsseitige einen effektiven Öffnungsdurchmesser (22, 36, 46, 55) aufweist, der etwa dem geometrischen Mittel aus T und W entspricht, wobei T die Gesamtlänge des Rückkopplungspfades und W die Betriebswellenlänge des optischen Senders ist und wobei alle anderen Spiegel eine Fläche haben, die groß im Verhältnis zur effektiven Öffnung des ausgangsseitigen Spiegels und nicht kleiner als die Fläche des Beugungsmusters des ausgangsseitigen Spiegels projiziert auf den gegenüberstehenden Spiegel ist, so daß die Aus-

strahlung ungehindert an der effektiven Öffnung vorbei erfolgen kann.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgangsseitige Spiegel (22,36) bei ebenem, gegenüberstehendem Spiegel (21, 34) eben oder konvex ist.

3. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgangsseitige Spiegel (46) bei konkavem gegenüberstehendem Spiegel (44) eben ist.

4. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Öffnung durch ein optisches Prisma (55) gebildet wird, das den Rückkopplungspfad ausgangsseitig von der Längsachse des stimulierbaren Mediums (51) auf einen konkaven Spiegel (56) des optischen Resonators ablenkt, dessen gegenüberstehender Spiegel (54) ebenfalls konkav ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen