DE1299780B

DE1299780B - Optical transmitter or amplifier with a spark discharge gap

Info

Publication number: DE1299780B
Application number: DE1965T0028499
Authority: DE
Inventors: Wuerker Ralph Frederick; Mastrup Frithjof Nis Hans; Witte Robert Saranoff
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1965-04-30
Filing date: 1965-04-30
Publication date: 1969-07-24

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker mit einer hohlzylindrischen Funkenentladungsstrecke als Anregungslichtquelle nebst zugehörigen Ringelektroden, welche ein in einem transparenten Isolierrohr angeordnetes stimulierbares Medium, vorzugsweise einen stimulierbaren Festkörper, umgibt.The invention relates to an optical transmitter or amplifier with a hollow cylindrical spark discharge path as an excitation light source together with the associated one Ring electrodes, which have a stimulable Medium, preferably a stimulable solid, surrounds.

Es sind bereits optische Sender oder Verstärker der erwähnten Art bekannt bzw. vorgeschlagen, bei denen die ringförmige Funkenentladungsstrecke lediglich eine Dicke von wenigen Millimetern aufweist. Ein derartiger Aufbau wurde gewählt, um eine möglichst stabile Entladung mit einem hohlzylindrischen bzw. ringförmigen Plasmaschlauch herzustellen, welcher nicht infolge bei der Entladung zwangläufig gebildeter konzentrischer Magnetfelder radial nach außen oder innen gedrückt wird. Dies bedingt indessen einen starken Verschleiß der die Entladungsstrecke umgebenden Flächen isolierenden Materials.There are already optical transmitters or amplifiers of the type mentioned known or proposed in which the ring-shaped spark discharge gap is only has a thickness of a few millimeters. Such a structure was chosen, the most stable discharge possible with a hollow cylindrical or ring-shaped Manufacture plasma hose, which is not inevitable as a result of the discharge formed concentric magnetic fields is pressed radially outwards or inwards. However, this causes severe wear and tear on the areas surrounding the discharge path Surfaces of insulating material.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines demgegenüber verbesserten optischen Senders oder Verstärkers, bei welchem der Entladungsraum der Funkenstrecke radial verhältnismäßig breit ist und der bei der Entladung gebildete Plasmaschlauch radial stabilisiert wird. Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß zwischen dem stimulierbaren Medium sowie der Funkenentladungsstrecke eine innere Metallabschirmung vorgesehen ist, eine äußere Metallabschirmung die äußere Entladungsstrecke umgibt und beide Abschirmungen am gleichen Ende mit einer der Ringelektroden verbunden sind. Bei einem derartigen Aufbau werden durch die beiden Abschirmungen bzw. den in diesen fließenden Strom zwei konzentrische ringförmige Magnetfelder erzeugt, welche den Plasmaschlauch über die gesamte axiale Länge des stimulierbaren Mediums stabilisieren.The purpose of the present invention is to provide an opposite improved optical transmitter or amplifier in which the discharge space the spark gap is relatively wide radially and that formed during discharge Plasma hose is stabilized radially. This is essentially achieved by that between the stimulable medium and the spark discharge path an inner Metal shield is provided, an outer metal shield the outer discharge path and both shields are connected to one of the ring electrodes at the same end are. With such a structure, the two shields or the creates two concentric ring-shaped magnetic fields in this flowing current, which the plasma tube over the entire axial length of the stimulable medium stabilize.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel eines optischen Senders nach der Erfindung im Axialschnitt darstellt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows an embodiment of an optical transmitter according to the invention in axial section represents.

Der in der Zeichnung dargestellte optische Sender umfaßt eine äußere Abschirmung aus einem beidseitig durch Kreisplatten 102, 104 abgeschlossenen Metallrohr 100, in welchem ein die Außenfläche eines Entladungsraumes 112 bildender isolierender Ringeinsatz 106 aufgenommen ist. In das eine Ende des Ringeinsatzes 106 ist eine ringförmige Anode 110, in das andere Ende eine ringförmige Kathode 114 eingepreßt, welch letztere über einen mit axialen Schlitzen 117 versehenen Rohransatz 1.16 mit der Kreisplatte 102 elektrisch und wärmeleitend verbunden ist. Ein Anschluß 166 der Anode 110 verläuft hochvakuumdicht durch die Kreisplatte 104 nach außen. Die axiale Länge des Ringeinsatzes 106 ist geringer als diejenige des Metallrohres 100, so daß an beiden Enden je eine Expansionskammer 130 bzw. 132 gebildet wird, welche über einen Absaugstutzen 134 bzw. 136 an eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe angeschlossen sind.The optical transmitter shown in the drawing comprises an outer shield made of a metal tube 100 closed on both sides by circular plates 102, 104, in which an insulating ring insert 106 forming the outer surface of a discharge space 112 is received. An annular anode 110 is pressed into one end of the annular insert 106 , and an annular cathode 114 is pressed into the other end, the latter being electrically and thermally connected to the circular plate 102 via a tubular attachment 1.16 provided with axial slots 117. A connection 166 of the anode 110 runs in a highly vacuum-tight manner through the circular plate 104 to the outside. The axial length of the ring insert 106 is less than that of the metal tube 100, so that an expansion chamber 130 or 132 is formed at both ends, which are connected to a vacuum pump (not shown) via a suction nozzle 134 or 136.

Koaxial innerhalb des Ringeinsatzes 106 bzw. des Metallrohres 100 ist mittels Metallmuffen 138, 140, welche elektrisch und wärmeleitend mit den stirnseitigen Kreisplatten 104 bzw. 102 verbunden sind, ein Quarzrohr 108 gelagert, welches einen stimulierbaren Festkörper 125 (Rubin) von zylindrischer Form aufnimmt. Der Festkörper 125 weist gleichmäßig über seinen Umfang verteilt axiale Nuten auf, in welchen eine innere Metallabschirmung bildende Metallstäbe 122 eingelassen sind. Während die axiale Länge des Festkörpers 125 im wesentlichen derjenigen des Entladungsraumes 112 entspricht, verlaufen die Metallstäbe 122 von einer Stirnseite (Kreisplatte 102 bzw. 104) zur anderen und sind dort mittels entsprechender Befestigungen 128 bzw. 127 elektrisch und wärmeleitend verbunden.A quartz tube 108, which receives a stimulable solid 125 (ruby) of cylindrical shape, is mounted coaxially within the ring insert 106 or the metal tube 100 by means of metal sleeves 138, 140, which are electrically and thermally connected to the end-face circular plates 104 and 102, respectively. The solid body 125 has axial grooves distributed uniformly over its circumference, into which metal rods 122, which form an inner metal shield, are let. While the axial length of the solid 125 corresponds essentially to that of the discharge space 112, the metal rods 122 run from one end face (circular plate 102 or 104) to the other and are electrically and thermally connected there by means of corresponding fastenings 128 and 127, respectively.

Die koaxial in der Kathode 114 verlaufende Metallmuffe 140 ist an ihrem stirnseitigen Ende von einer aufgelöteten Kühlschlangenwende1142 umgeben, welche vorzugsweise von flüssigem Stickstoff durchsetzt ist. An der mit dieser Kathode in Verbindung stehenden Kreisplatte 102 ist ein zu der Kühlschlangenwendel 142 parallel angeordneter Kühlkanal 144 angebracht.The metal sleeve 140 running coaxially in the cathode 114 is on its front end is surrounded by a soldered-on cooling coil turn1142, which is preferably permeated by liquid nitrogen. At the one with this cathode connected circular plate 102 is a to the cooling coil helix 142 parallel arranged cooling channel 144 attached.

Im Betrieb wird an die Anode 110 sowie die Kathode 114 bzw. die hiermit verbundenen Bauteile 104, 100, 102, 140 ein Hochspannungsimpuls gelegt, wobei zwischen der Kathode 114 und der Anode 110 ein an der Innenfläche des Ringeinsatzes 106 verlaufender Gleitfunken gebildet wird. Der Ringeinsatz 106, welcher vorzugsweise aus einem organischen Glas, aus Polymethacrylsäureester (Plexiglas) besteht, entwickelt hierbei genügend Gas, um ein Entladungsplasma aufzubauen. Eine hierbei entstehende Stoßwelle kann durch die Kathode 114 bzw. die Schlitze 117 an deren Rohransatz 116 in die Expansionskammer 130 oder durch die Anode 110 in die Expansionskammer 132 verlaufen. Durch den in dem Metallrohr 100 sowie in den Stäben 122 fließenden Strom werden zwei axiale ringförmige Magnetfelder aufgebaut, welche einen in dem Entladungsraum 112 gebildeten Plasmaschlauch derart stabilisieren, daß dieser weder zu der Innenfläche 107 des Ringeinsatzes 106 noch zu der Außenfläche des Quarzrohres 108 hingedrückt wird. Ferner ergibt sich durch die Stäbe 122, welche mit der gekühlten stirnseitigen Kreisplatte 102 in wärmeleitender Verbindung stehen, eine gute Kühlung des stimulierbaren Festkörpers 125, dessen Strahlung in Axialrichtung eine der beiden Kreisplatten 102, 104 durchsetzen kann, um entsprechend ausgenutzt zu werden.During operation, the anode 110 as well as the cathode 114 or the with it connected components 104, 100, 102, 140 placed a high voltage pulse, with between of the cathode 114 and the anode 110, one extending on the inner surface of the ring insert 106 Sliding sparks are formed. The ring insert 106, which is preferably made of an organic Glass, made of polymethacrylic acid ester (Plexiglas), develops enough here Gas to build up a discharge plasma. A shock wave created in this way can through the cathode 114 or the slots 117 at the tube attachment 116 into the expansion chamber 130 or through the anode 110 into the expansion chamber 132. The in The stream flowing in the metal tube 100 and in the rods 122 become two axially annular Magnetic fields built up, which a plasma tube formed in the discharge space 112 stabilize so that this neither to the inner surface 107 of the ring insert 106 is still pressed towards the outer surface of the quartz tube 108. Furthermore results through the rods 122, which are connected to the cooled circular plate 102 on the end face are in thermally conductive connection, good cooling of the stimulable solid 125, whose radiation penetrates one of the two circular plates 102, 104 in the axial direction can to be appropriately exploited.

Claims

Claims: 1. Optical transmitter or amplifier with a hollow cylindrical spark discharge path forming part of an excitation light source together with associated ring electrodes, which surrounds a stimulable medium, preferably a stimulable solid body, arranged in a transparent insulating tube, characterized in that between the stimulable medium (125) ; and the Spark discharge gap (110, 112, 114) an inner metal shield (122) is provided, an outer metal shield (100) surrounds the spark discharge gap (110, 112, 114) and both shields (100, 122) at the same end with one of the ring electrodes (110 , 114) are electrically connected.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the inner metal shield (122) consists of several essentially axially parallel, let into the stimulable medium (125) Rods.

3. Arrangement according to one of claims 1 and 2, characterized in that that between the Spark discharge gap (110, 112, 114) and the outer metal shield (100); outer insulating tube or a ring insert (106) is arranged.

4. Arrangement according to one of the claims 1 to 3, characterized in that .that one of the two insulating tubes (106, 108) from one when a sliding spark occurs Gas-emitting material consists.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer shield (100) consists of a double-sided: through end-face circular plates (102, 104) closed tube (100) and the inner metal shield (122) on both as well as the cathode (114) of the spark discharge gap (110, 112, 114) are mounted concentrically on one of the circular plates (102, 104).