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Die Erfindung betrifft einen optischen Bildwandler. Derartige Bildwandler
werden z. B. für die Zwecke des Zählens von infraroten Lichtquanten verwendet.
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Es ist bekannt, zur Bildverstärkung eine elektronenemittierende Photokathode
zu verwenden und dadurch das Bild eines Signals in dem sichtbaren Bereich des Spektrums
zu erhalten. Derartige Bildwandler können im Gebiet des nahen infraroten, ungefähr
bis 1,2 #tm verwendet werden. Jenseits von 1,2 l.m liegen jedoch keine photoemittierende
Materialien vor, und es müssen daher andere Mittel verwendet werden; um ein Bild
umzuwandeln und festzustellen.
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Für Wellenlängen oberhalb 1,2 #tm sind Bildwandler bekannt, bei denen
eine photoleitende Zelle in einem Abtastsystem verwendet wird, wobei die Intensität
des Bildes in einer Weise abgetastet wird, die den Abtastverfahren bei einer Fernsehröhre
ähnlich ist. Ein derartiges Verfahren ist jedoch verhältnismäßig mühsam, weil nach
der Abtastung der einzelnen Punkte eine Zusammensetzung der Bildpunkte erforderlich
ist.
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Eine weitere bekannte Anordnung enthält eine Vielzahl von Detektoren,
was jedoch eine weitere Komplizierung bedeutet.
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Es ist nun bereits bekannt (Physical Review Letters, Bd. 2, 1959,
S. 84 und 85), zur Zählung von infraroten Lichtquanten mit Seltenen Erden dotierte
Kristalle zu verwenden. Dabei werden die in Form von Ionen in dem Kristall vorhandenen
Seltenen Erden zunächst durch ein infrarotes Lichtquant auf eine mittlere Energiestufe
gebracht und darauf durch eine ständig einfallende Anregungsstrahlung auf eine höher
liegende Energiestufe gebracht. Ein Übergang auf die höher liegende Energiestufe
mit Hilfe der Anregungsstrahlung ist nur dann möglich, wenn sich das Ion vorher
auf der mittleren Energiestufe befunden hat. Spontane Strahlungsübergänge von der
höher liegenden Energiestufe in den Grundzustand dienen zur Anzeige des infraroten
Lichtquants.
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In der Laser-Technik sind ferner stimulierbare Medien bekannt, die
aus mehreren optischen Fasern aufgebaut sind (deutsche Auslegeschrift
1165 749). Dieser Aufbau eines Laser-Stabes aus Fasern hat dabei den Zweck,
ein Kühlmittel zwischen den Fasern entlangleiten zu können. Auch kann in manchen
Fällen die Flexiblität des solchermaßen aufgebauten Laser-Stabes von Bedeutung sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen
Bildwandler zu schaffen, der auch zur Bildaufnahme in dem über 1,2 #tm liegenden
Infrarotgebiet geeignet ist und bei dem der Nachteil des_ übermäßigen technischen
Aufwandes, wie bei d en- öbenerwähnten bekannten Anordnungen, vermieden wird.
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Ein optischer Bildwandler kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch,
daß ein infrarotes Bild in ein Bild kürzerer Wellenlänge dadurch umgewandelt wird,
daß das infrarote Eingangssignal auf die vordere Stirnfläche eines als Faserbündel
vorliegenden anregbaren dotierten Festkörpermediums abgebildet wird, welchem zusätzliche
Anregungsenergie in Form von Anregungslicht zugeführt wird, derart, daß in jeder
einzelnen Faser entweder das infrarote Eingangssignal zunächst eine Voranregung
auf eine mittlere Energiestufe bewirkt und darauf aufbauend das Anregungslicht eine
weitere Anregung auf eine höher liegende Energiestufe bewirken kann oder das Anregungslicht
die Voranregung bewirkt und darauf aufbauend das infrarote Eingangssignal die weitere
Anregung bewirken kann und daß durch spontane Emission ein optisches Ausgangssignal
kürzerer Wellenlänge als das Eingangssignal über die hintere Stirnfläche des Faserbündels
ausgestrahlt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen optischen Bildwandler findet eine rasterartige
Bildübertragung von einem Ende des Faserbündels zum anderen Ende statt, so daß je
nach Feinheit des Rasters ein entsprechendes optisches Auflösungsvermögen erhalten
wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
gekennzeichnet.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren
zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des Energieschemas, welches die gewünschte
Besetzungsumkehr für die Zwecke der Fluoreszenz in dem sichtbaren Spektrum derart
gestattet, daß sich eine Wiedergabe des Eingangssignals im Infrarotgebiet ergibt,
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Glasfaser, die eine Seltene Erde
in dem Glas enthält, F i g. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Anördnung mit einem Bündel Glasfasern gemäß F i g. 2, wobei geeignete Linsen und
ein Filter und ein Bildverstärker vorgesehen sind, F i g. 4 eine schematische Darstellung
einer vereinfachten Ausführungsform der in F i g. 3 wiedergegebenen Anordnung, F
i g. 5 a bis 5 c schematische Darstellungen der Energieniveaus von dreiwertigem
Thulium als Seltene Erde, die in der Glasfaser verwendet werden kann und drei verschiedene
Energieniveaus höherer Energie aufweist, F i g. 6 a bis 6 e schematische Darstellungen
der Energieniveaus von dreiwertigem Erbium, das sich im Rahmen der Erfindung eignet,
F i g. 7 a und 7 b schematische Darstellungen der Energieniveaus von dreiwertigem
Holmium mit zwei Niveaus höherer Energie, F i g. 8 a und 8 b Darstellungen von zwei
verschiedenen Energieniveausystemen, wobei eine Energieübertragung zwischen dreiwertigem
Erbium und dreiwertigem Ytterbium erfolgt, F i g. 9 eine schematische Darstellung
der Energieniveaus zu dem Zwecke der Energieübertragung zwischen dreiwertigem Thulium
und dreiwertigem Gadolinium, F i g. 10 eine schematische Darstellung des Energieniveausystems
gemäß der Erfindung, bei dem eine Energieübertragung zwischen dreiwertigem Erbium
auf dreiwertiges Gadolinium erfolgt, F i g. 11 eine schematische Darstellung eines
Energieübertragungssystems unter Anwendung von dreiwertigem Holmium und dreiwertigem
Gadolinium als Materialien zum Einbau in die Glasfasern bei einer erfindungsgemäßen
Anordnung, F i g. 12a und 12b eine schematische Darstellung von zwei Energieübertragungsvorgängen
unter Anwendung von dreiwertigem Erbium und dreiwertigem Europium.
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F i g. 1 zeigt eine allgemeine Wiedergabe der Energieniveaus eines
in einem erfindungsgemäßen optischen Bildwandlers zur Anwendung gelangenden
Festkörpermediums.
Signalphotonen S liegen bei einer Ausführungsform der Erfindung in dem Infrarotgebiet
des Spektrums ungefähr in dem Bereich zwischen 1,0 und 2,8 gm. Anregungsphotonen
liegen in dem infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich des Spektrums.
Die Signalphotonen heben die Ionen von dem Grundniveau Ei gemäß dem Pfeil 12 auf
ein Niveau E2, das etwas oberhalb des Grundniveaus liegt. Während das Niveau E2
stärker besetzt wird, bewirken die Anregungsphotonen ein Anheben der Ionen von dem
Niveau E2 zu dem höheren Energieniveau E3 gemäß dem Pfeil 14. Eine nachfolgende
Fluoreszenz erfolgt durch den übergang zwischen den Niveaus E3 und El, wie durch
den Pfeil 16 angedeutet. Der Pfeil D bezeichnet die Photonen, die infolge dieser
Fluoreszenz ausgesendet, werden. Es ist offensichtlich, daß bei einer derartigen
Anordnung, da die Fluoreszenz in einem Gebiet erfolgen kann, in welchem photoempfindliche
Zellen bzw. Leuchtschirme ansprechen, das emittierte Photon D durch einen Photovervielfacher
oder eine andere hochempfindliche Anordnung festgestellt werden kann. Das Störsignal
in einer derartigen Anordnung ist im Prinzip zu vernachlässigen, da das Energieniveau
E3 nicht besetzt wird, es sei denn, daß das Signal S eine Besetzung des Niveaus
E2 bewirkt. Mit anderen Worten, wenn ein Signal S nicht vorliegt und eine Besetzung
des Niveaus E2 bewirkt, findet das Anregungsphoton P keine Ionen auf der Energiestufe
E2 vor, die es zwecks anschließender Fluoreszenz in das höhere Energieniveau E3
bringen kann.
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Eine gewisse Konzentration von Seltenen Erden in einem System mit
den Energieniveaus gemäß F i g. 1 ist zu beachten, da eine große Anzahl Ionen in
der Anordnung erforderlich ist, um den größten Teil des einfallenden Lichtes zu
absorbieren, und andererseits kann diese Konzentration nicht zu hoch gemacht werden,
weil eine zu große Konzentration eine Drosselung der Fluoreszenzstrahlung bewirkt.
Um die große Anzahl Ionen zu erreichen, die erforderlich ist, um den größten Teil
des einfallenden Lichtes zu absorbieren, und gleichzeitig die Möglichkeit einer
Fluoreszenzdrosselung zu vermeiden, wird das wirksame Material bevorzugterweise
in solcher Weise in die Anordnung eingebaut, daß sich für das einfallende Licht
ein verhältnismäßig langer Lichtweg ergibt. Um einen großen Lichtweg sicherzustellen,
gleichzeitig aber Verluste in der Auflösung zu vermeiden, die durch die Anwendung
großer Kristalle ; bedingt sein können, besteht der optische Bildwandler aus optischen
Fasern entweder in Form eines Faserbündels oder als ein geschmolzenes Bündel oder
in Form einer Platte.
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Weiterhin ist bei einem optischen Bildwandler mit ; einem Energieniveau
gemäß F i g. 1 zu beachten, daß die mit Strahlung verbundenen übergänge der Niveaus
E3 und E2 zahlreich sind gegenüber den nichtstrahlenden, diese Niveaus betreffenden
Vorgängen. Ein derartiger Gesichtspunkt bringt es mit sich, daß die Ionen mindestens
zwei Energieniveaus haben sollten, von denen eine Fluoreszenz mit einem verhältnismäßig
hohen Quantenwirkungsgrad stattfindet. Die Minimalforderung von zwei derartigen
Energieniveaus, von denen aus Fluoreszenz auftreten kann, wird in einfacher Weise
nur bei Chloriden und Fluoriden in Kristallform erzielt. Diese' Kristalle haben
die Tendenz, daß die Wahrscheinlichkeit nichtstrahlender übergänge geringer ist,
als es bei Oxyden der Fall wäre. Die Photonenspektren glasförmiger Materialien und
kristalliner Materialien ähnlicher Zusammensetzung sind einander ähnlich, so daß
Fluoreszenz in zwei angeregten Zuständen mit Fluoriden und Oxyfluoridglasen, enthaltend
bestimmte Seltene Erden, erzeugt werden können. Die Verwendung von Glas ist vorzuziehen,
es können jedoch auch Kristalle, Kunststoffe und hohle, mit geeigneten Flüssigkeiten
gefüllte Fasern als Fasern eines optischen Bildwandlers Anwendung finden. Eine weitere
Ausführungsform eines optischen Bildwandlers, bei dem eine Fluoreszenz hohen Wirkungsgrades
von zwei angeregten Zuständen nicht erforderlich ist, verwendet die Energieübertragung
zwischen verschiedenen Ionen in demselben Glasmaterial.
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F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer einzelnen Faser,
die durch einen Kern 18 gebildet wird, der aus einem mit einer Seltenen Erde versetzten
Glas besteht. Die Glasfaser hat eine Umhüllung 20 von einem Brechungsindex, der
niedriger ist als der des Kernes 18. Es ist an sich auch möglich, die Umgebung des
Kernes als überzugsschicht zu verwenden. Auf diese Weise hat Licht, welches durch
die Faser geleitet wird, die Neigung, sich zur Achse der Faser zurückzubiegen, wenn
das Licht auf die Trennungsfläche des Kernes 18 gegenüber der Umhüllung
20 auftrifft. Eine derartige Faser bildet eine »Lichtleitung« mit minimalen
Verlusten in der Längsrichtung und dementsprechend einem hohen Wirkungsgrad der
Lichtübertragung von dem einen Ende zum anderen.
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Eine Anordnung mit einer Platte oder einem Faserbündel 22, das aus
einer entsprechenden Anzahl Fasern gemäß F i g. 2 besteht, ist in F i g. 3 dargestellt
und dient dem Zwecke, die Signalphotonen S und die Anregungsphotonen P, die auf
einen dichroitischen Strahlzerleger 24 auftreffen, aufzunehmen. Die Fasern werden
nebeneinander parallel liegend zusammengebaut, so daß das eine Ende eine das Signal
aufnehmende Fläche bildet und das andere Ende eine das Licht abgebende Fläche bildet.
Die Signallichtquelle 26, beispielsweise eine Theaterszene, sendet ein Signal im
Infrarotgebiet des Spektrums etwa zwischen 1,0 und 2,8 Rin durch die Linse
28, die aus einem hierfür geeigneten Material besteht; die Linse 28 fokussiert
das Signal auf das Eingangsende 22A des Faserbündels oder der Platte 22. Die Anregungsphotonen
P werden von einer Anregungslichtquelle 30, die eine Xenonlampe oder eine Quecksilberentladungslampe
oder ein Laser sein kann, ausgesendet. Die dichroitische Strahlzerlegungsvorrichtung
24 ist derart ausgebildet, daß sie vollständig das empfangene Photonensignal hindurchläßt
und vollständig die Anregungsphotonen an das Eingangsende des Faserbündels 22 reflektiert.
Es werden die von dem Ausgangsende 22B des Bündels 22 ausgesendeten festzustellenden
Photonen durch eine Linse 32 und ein Filter 34 auf den Empfangsschirm eines Bildverstärkers
36 gerichtet. Der Bildverstärker kann von ähnlicher Bauart wie der in dem USA.-Patent
3 141105 für eine Kathodenstrahlröhre beschriebene Bildverstärker sein. Das
Filter 34 ist so ausgebildet, daß es die festgestellte Fluoreszenzstrahlung hindurchläßt,
indessen die Anregungsenergie reflektiert, so daß der Bildverstärker 36 nur die
empfangenen Wellenlängen zwecks Erregung der
Photokathode und Erzeugung
eines verstärkten Bildes in dem sichtbaren Bereich des Spektrums zugeführt erhält.
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F i g. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der in F i g. 3 dargestellten
Anordnung, wobei das Filter 34 und die Linse 32 entfallen. Die Signalphotonen
und die Anregungsphotonen werden durch die Linse 28 bzw. die dichroitische
Strahlzerlegungsvorrichtung 24 auf das Faserbündel 22 gerichtet, das mit seinem
Ausgangsende an einem Filter 38 anliegt, für die Zwecke der Trennung der Anregungswellenlängen
und der Detektorwellenlängen. Die Detektorphotonen werden dann dem Eingangsende
eines Bildverstärkers 36 zugeführt und erzeugen ein Bild im sichtbaren Bereich des
Spektrums. In diesem Falle empfiehlt es sich, eine Faser optischer Anordnung zu
verwenden, die direkt die phtoemittierende Kathode enthält, so wie es in dem USA.-Patent
3 141105 für eine Kathodenstrahlröhre beschrieben ist.
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F i g. 5 a bis 12 b zeigen das Energieschema für verschiedene Seltene
Erden und Kombinationen Seltener Erden zu einem Energieübertragungssystem, im Hinblick
auf die Aktivierung des Grundglases oder anderer Grundmaterialien, die bei Laseranordnungen
und Faservorrichtungen verwendbar sind. Derartige Grundmaterialien können Silikatglase,
Boratglase usw. sein, wobei die Komponenten und ihr gewichtsmäßiger Anteil Fachleuten,
die mit der Glasphysik vertraut sind, bekannt sind.
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F i g. 5 a bis 5 c zeigt das Energieschema von dreiwertigem Thulim
(Tm3+), das im Rahmen der Erfindung geeignet ist. Das Kriterium für die Verwendbarkeit
der verschiedenen Energieschemas liegt darin, daß die Signalphotonenwellenlänge
einem Energieunterschied entspricht, welcher in dem Infrarotgebiet des Spektrums
zwischen 1,0 und 2,8 #tm liegt und daß die Detektorphotonenwellenlänge einer Energieniveaudifferenz
entspricht, die im sichtbaren Bereich oder fast sichtbaren Bereich des Spektrums
bis zu etwa 1,2 bum hinunter liegt, so daß eine Erregung von einem photoemittierenden
Leuchtschirm möglich ist. In F i g. 5 a entspricht die Trennung der Energieniveaus
für die Signalphotonen S einer Wellenlänge von etwa 1,75 #tm, und die Differenz
der Energieniveaus der Anregungsphotonen entspricht einer Wellenlänge von etwa 0,67
[um. In spektroskopischer Bezeichnungsweise ist das Grundniveau ein 3H9-Niveau,
und das Niveau etwas oberhalb des Grundniveaus ist ein 3H5 Niveau, während das Energieniveau
höhere Energie ein 1G4 Niveau ist. F i g. 5 b ; und 5 c verwenden dasselbe Grundniveau
und dasselbe Barüberliegende Niveau, jedoch ein anderes Thuliumniveau höherer Energie.
In F! g. 5b wird das 1D2 Niveau verwendet, und in F i g. 5 c werden die Niveaus
3P2, 3P2 oder 3P" verwendet. Die gewellten Pfeile 50 und 52 in F i g. 5 c bezeichnen
einen ohne Strahlung erfolgenden übergang, der sich ergibt, wenn Ionen auf eines
der oberen Niveaus angeregt werden. Die Anregungsphotonenwellenlänge in F i g. 5
b ist 0,46 tlm, und die Detektorphotonenwellenlänge ist 0,37 [,m. In F i g. 5 c
ist die Anregungsphotonenwellenlänge zu dem 3P,)-Niveau 0,34 gm und die Detektorphotonenwellenlänge
0,28 #tm.
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In F i g. 6 a bis 6 d sind die Energieniveaudiagramme für dreiwertiges
Erbium (Er3+) dargestellt, die sich im Rahmen der Erfindung ausnutzen lassen, wobei
das Grundniveau das 4I1512 Niveau und das Zwischenniveau das 4I1312 Niveau ist und
der Unterschied zwischen diesen beiden Niveaus der Wellenlänge der Signalphotonen
von 1,5 #tm entspricht. Die höheren Energieniveaus in F i g. 6 a bis 6 d sind das
4F912 Niveau bzw. das 4S312 Niveau bzw. das 2P3/2 Niveau und das 4I11/2 Niveau.
Die Anregungsphotonenwellenlänge in F i g. 6 a ist dementsprechend 1,2 #t und die
Detektorphotonenwellenlänge 0,6 #tm. Die Anregungsphotonenwellenlänge in F i g.
6 b ist 0, 84 pn und die Detektorphotonenwellenlänge 0,54,um. In F i g. 6 c ist
die Anregungsphotonenwellenlänge 0,4 1m und die Detektorphotonenwellenlänge 0,32
#tm. In F i g. 6 d ist die Anregungsphotonenwellenlänge 1,5 #tm und die Detektorphotonenwellenlänge
1,0 Rm. Das Energieniveaudiagramm in F i g. 6 e ist das gleiche wie in F i g. 6
d, abgesehen davon, daß die Signalphotonen und die Anregungsphotonen miteinander
vertauscht sind. Diese Vertauschbarkeit ergibt sich dadurch, daß sowohl die Signalphotonenwellenlänge
als auch die Anregungsphotonenwellenlänge im Infrarotgebiet liegt, nämlich in dem
Gebiet zwischen 1,0 und 2,8 ttm, das sich für die erfindungsgemäßen Ziele als zweckmäßig
erweist.
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In F i g. 7 a und 7 b sind die Energieniveaus für die Seltene Erde
Holmium (Ho3+) in dreiwertigem Zustand dargestellt, wobei ein Grundniveau 5I$ und
ein etwas oberhalb dieses Grundniveaus liegendes Niveau 5I7 zur Ausnutzung gelangene,
die eine Wellenlänge von 2,5 [,m ergeben. Das obere Niveau 5S2 wird in F i g. 7
a zu dem Zwecke ausgenutzt, Anregungsphotonen der Wellenlänge 0,76 bum aufzunehmen,
wobei die Detektorphotonenwellenlänge bei 0,55 Rin liegt. Das obere Niveau in F
i g. 7 b ist das 5F5 Niveau, wobei die Anregungsphotonenwellenlänge 1,0 #tm beträgt
und die Detektorphotonenwellenlänge 0,65 [m ist.
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Wenn man eine der Seltenen Erden, nämlich das dreiwertige Thulium
oder das dreiwertige Erbium oder das dreiwertige Holmium gemäß den F i g. 5 a bis
7b verwendet, so sollte die Konzentration in der die Glasfaser bildenden Masse zwischen
0,01 und 5 Gewichtsprozent liegen, damit die vorstehend angegebenen Gesichtspunkte
gewahrt bleiben.
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Verschiedene Energieübertragungsformen, die im Rahmen der Erfindung
anwendbar sind, sind in den F i g. 8 a bis 12 b dargestellt. In F i g. 8 a wird
das Anregungsion des dreiwertigen Erbiums (Er3+) verwendet zur Energieübertragung
auf das als Aktivatorion wirkende dreiwertige Ytterbium (Yb3+). Die Energieniveaus
für Erbium sind dieselben wie die, die in bezug auf F i g. 6 d beschrieben wurden,
und dem entsprechend sind auch die Wellenlängen die gleichen. Indessen wird die
Fluoreszenz in dem Erbiumion dadurch verhindert, daß eine Energieübertragung von
dem höheren Energieniveau 4I11,2 des Erbiums auf das 2F512 Niveau des Ytterbiums
erfolgt, indem eine Konzentration von 0;01 bis 5 Gewichtsprozent Erbiumionen und
eine Konzentration von 1 bis 30 Gewichtsprozent Ytterbiumionen Anwendung findet.
Die Detektorphotonwellenlänge für Erbium ist 1,0 gm, wobei die Fluoreszenz dieses
Detektorphotons von dem 2F512 Niveau auf das 2F-1, ,-Niveau erfolgt. Das Schema
gemäß F i g. 8 b ist das gleiche wie in F i g. 8 a, abgesehen davon, daß das Signalphoton
und das Anregungsphoton im Erbium vertauschsind, insoweit die Energieniveaus betroffen
sind.
In F i g. 9 a ist ein Energieübertragungsschema zwischen dem
dreiwertigen Thulium (Tm3+)-Ion und dem dreiwertigen Gadolinium (Gd3+)-Ion dargestellt.
Das Signalphoton der Wellenlänge 1,75 [,m bringt Ionen von dem 314B Niveau in das
3H5 Niveau des Thuliums. Die Anregungsphotonenwellenlänge bewirkt dann ein Anheben
der Ionen auf das höhere Niveau 3P6 des Thuliums bei einer Wellenlänge von 0,34
#tm; von diesem Energieniveau erfolgt eine Energieübertragung ohne Strahlung auf
das 6P3/2 Niveau des Gadoliniums. Es erfolgen dann übergänge ohne Strahlung auf
das 6P512 Niveau und das 6P7/2 Niveau des Gadoliniums, wobei das Detektorphoton
einer Wellenlänge von 0,31 gm entspricht und einen Fluoreszenzübergang auf das Grundniveau
$S7/2 als Grundlage hat. Die Konzentrationen für das in F i g. 9 dargestellte Schema
in bezug auf Thulium und Gadolinium sind 0,01 bis 5 Gewichtsprozent bzw. 1 bis 30
Gewichtsprozent.
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F i g. 10 zeigt ein Energieübertragungsschema zwischen den dreiwertigen
Ionen von Erbium (Er3+) und Gadolinium (Gd3+) bei Konzentrationen, die 0,01 bis
5 Gewichtsprozent bzw. 1 bis 30 Gewichtsprozent betragen. Das Signalphoton der Wellenlänge
1,5 [,m hebt das Erbiumion von dem Grundniveau 4I15/2 auf das 4I13/2 Niveau an.
Das Anregungsphoton der Wellenlänge 0,38 [,m hebt dann die Ionen auf das hohe 2K13/2
Niveau an, von dem ein Energieübergang zu dem 6P5/2 Niveau des Gadoliniums erfolgt.
Ein nichtstrahlender übergang erfolgt dann zu dem 6P7,2 Niveau, von dem aus das
Detektorphoton der Wellenlänge 0,31 #tm in Form eines Fluoreszenzüberganges zu dem
Grundniveau $S7,2 erfolgt.
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Dreiwertiges Hohnium (H63+) hat ein im infraroten Gebiet absorbierendes
Ion, und es kann gemäß ; F i g. 11 im Rahmen der Erfindung mit übertragung auf ein
dreiwertiges Gadoliniumion (Gd3+) verwendet werden. Das Signalphoton S der Wellenlänge
2,5 R,m hebt das Holmiumion von einem Grundniveau 54 auf das Niveau 517 an. Das
Anregungs- . photon der Wellenlänge 0,36 [,m hebt dann das Ion auf das 3M1.-Niveau
an, von dem aus eine Energieübertragung auf das 6P5/2 Niveau von Gadolinium erfolgt.
Ein nichtstrahlender übergang erfolgt auf das 6P7/2 Niveau, von dem aus das Detektorphoton
sich als ein Fluoreszenzübergang zu dem Grundniveau 8S7,2 des Gadoliniums ergibt.
Die Detektorphotonwellenlänge bei dem Schema gemäß F i g. 11 ist 0,31 #tm, und die
Konzentrationen für Holmium und Gadolinium sollten zwischen 0,01 und 5 Gewichts-
; prozent Ho und 1 und 30 Gewichtsprozent Gd liegen.
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In F i g. 12 a ist ein Energieübertragungsschemafür dreiwertiges Erbium
(Er3+) und dreiwertiges Europium (Eu3+) dargestellt, wobei die Konzentrationen 0,01
bis 5 Gewichtsprozent bzw. 1 bis 30 Gewichtsprozent sind, d. h. die gleichen Konzentrationen,
die auch im Hinblick auf F i g. 12b zu empfehlen sind. Das Signalphoton in F i g.
12 a hat eine Wellenlänge von 1,5 Rm und hebt das Erbiumion von dem Grund- s niveau
4I15/2 auf das Niveau 4I13/2 an, von dem aus ein Anregungsphoton von 0,85 I.m Wellenlänge
ein Anheben auf das höhere Energieniveau 4S3,2 bewirkt. Ein Energietransport erfolgt
dann auf das 513B Niveau des Europiums. Das Detektorphoton hat eine 6 Wellenlänge
von 0,55 gm und ergibt sich durch einen Fluoreszenzübergang gemäß dem Pfeil
D, zu dem Niveau 7F,. Fluoreszenz findet auch statt entsprechend den Pfeilen
D2 und D3 zu den Niveaus 7F1 bzw. 7F0.
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In dem Schema in F i g. 12 b sind die Signalwellenlängen und die Detektorwellenlängen
die gleichen wie in F i g. 12a, das Anregungsphoton hat jedoch eine Wellenlänge
von 0,5 gm, da das hohe Energieniveau des Erbiums das 2P3/2 Niveau ist, von dem
aus der Energieübergang auf das L-Niveau des Europiums erfolgt. Ein nichtstrahlender
übergang ergibt sich dann auf das 513ö Niveau von Europium, von dem aus eine Fluoreszenz
mit' der Wellenlänge von 0,55 gm zu dem Niveau 7F2 erfolgt.