DE1202900B

DE1202900B - Optischer Sender fuer stimulierte Strahlung

Info

Publication number: DE1202900B
Application number: DEC34945A
Authority: DE
Inventors: Robert Distler
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1964-01-28
Filing date: 1965-01-25
Publication date: 1965-10-14
Also published as: US3365678A; FR1421140A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIs

Deutsche Kl.: 2If-90

C 34945 VIII c/21 f
25. Januar 1965
14. Oktober 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender für stimulierte Strahlung mit Mitteln zur Steuerung des Gütefaktors β des optischen Resonators, um im Impulsbetrieb den Leistungsausgang zu erhöhen.

Um von einem optischen Sender einen hohen Spitzenleistungsausgang zu erzielen, ist es erforderlich, daß sein stimulierbares Medium stark angeregt wird, d. h., daß annähernd eine Gesamtinversion der Besetzungsverteilung angestrebt wird und daß diese aufgespeicherte Anregungsenergie anschließend in Form einem Einzelimpulses ausgesendet wird. Bei früheren Verfahren zur Erzeugung eines derart gesteigerten Ausganges in optischen Impulssendern wurde eine Rückkopplungsmodulation beispielsweise durch die Rotation äußerer Reflektoren zur Herabsetzung des Gütefaktors β des optischen Resonators verwendet. Die Anwendung eines solchen rotierenden Reflektors als Abschluß eines optischen Resonators läßt den Gütefaktor, von einer einzigen Stellung abgesehen, gegen Null gehen. Hat der optische Sender ausreichend Licht von der Anregungslichtquelle absorbiert, dann wird der Spiegel in eine Stellung zurückgedreht, die eine Reflexion innerhalb des optischen Resonators ermöglicht, wodurch augenblicklich eine optische Rückkopplung bei maximalem ß-Wert einsetzt und ein um die aufgestaute Anregungsenergie verstärkter Riesenimpuls ermöglicht wird. Ein anderes Verfahren zur ß-Steuerung, das man bisher angewendet hat, besteht in der Verwendung eines leicht verdampfenden, absorbierenden Filmes im Lichtweg innerhalb des optischen Resonators. Der Film absorbiert die anfänglich stimulierte Strahlung, wobei er die Herabsetzung des ß-Wertes bewirkt, bis die Strahlung überwiegt und den Film verdampft.

Der Hauptnachteil der mechanischen ß-Wert-Steuerung mit Hilfe reflektierender Reflektoren ist ihr apparativer Aufwand und die Notwendigkeit überaus genauer Ausfluchtung. Die Nachteile bei der Ver-Wendung verdampfbarer absorbierender Filme sind ihre schlechte optische Qualität und die Tatsache, daß der Film nach jedem Impuls des optischen Senders ersetzt werden muß.

Nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden, wenn innerhalb des optischen Resonators und im Weg der stimulierten Strahlung ein Körper aus photochromem Glas angeordnet ist, das die Eigenschaft hat, im Licht des stimulierten Strahles an Transparenz zu gewinnen, dagegen im Licht eines kürzerwelligen steuernden Strahles an Transparenz einzubüßen. Mit anderen Worten wird von der Tat-Optischer Sender für stimulierte Strahlung

Anmelder:

Corning Glass Works, Corning, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Robert Distler, Painted Post, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 28. Januar 1964 (340 693)

sache Gebrauch gemacht, daß es gewisse Gläser gibt, welche die Möglichkeit haben, unter sichtbarer Strahlung von kurzer Wellenlänge nachzudunkeln und ihre Transparenz bei Einstrahlung längerer Strahlung zu erhöhen. Dieser Effekt wird zur ß-Wert-Steuerung in einem optischen Resonator ausgenutzt.

Nach der Zeichnung enthält eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Senders als stimulierbares Medium einen üblichen Rubinstab 10 zusammen mit einer Anregungslichtquelle 11. Die Spiegel 12 und 13 begrenzen den optischen Resonator. Eine doppelkonvexe Sammellinse 14 konzentriert das vom Rubin 10 kommende Licht in einem kleinen Bereich eines vorher gedunkelten Photochromglasblocks 15.

Der Rubin 10 absorbiert Licht der Anregungslichtquelle 11, wird dadurch zu einer Umkehrung der Besetzungsverteilung angeregt und speichert so das Licht als potentielle Energie. Wird die Anregung einige Zeit aufrechterhalten, so schreitet die Umkehrung der Besetzungsverteilung weiter fort. Sobald die stimulierte Auslösung der Strahlung den Absorptionsverlust im optischen Resonator überwiegt, schaukelt sich über die als Rückkopplung wirkenden Spiegel die Schwingung auf, und das Gerät wird zum Sender. Das vom Rubin 10 emittierte Licht ist zwischen den Spiegeln 12 und 13 in Resonanz, wobei es fortlaufend im Medium 10 verstärkt wird, bis die verfügbare potentielle Energie aufgebraucht ist und der Impuls den optischen Resonator verläßt. Je größer also die Energieabsorption durch das photochrome Glas ist, um so größer muß die Verstärkung im Rubin sein, bevor die Strahlung beginnt, und um

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so größer ist die im Medium 10 gespeicherte Energie. Da das vom Medium 10 emittierte Licht das vorher gedunkelte photochrome Glas fortschreitend bleicht, wird der Absorptionsverlust im Glas fortschreitend reduziert, so daß die nutzbare Verstärkung größer wird, als sie für die Ausstrahlung erforderlich ist. Das System wird daher immer mehr instabil. Infolgedessen vergrößert die stimulierte Strahlung die Geschwindigkeit, mit der der Aufhellungsprozeß des photochromen Glases vonstatten geht, noch weiter. Auf diese Weise schaukelt sich der Prozeß auf, und es wird ein Lichtimpuls freigegeben, der eine Intensität aufweist, die größer ist als diejenige, die man ohne anfängliche Absorption und anschließendes Ausbleichen des in den Strahlengang eingebrachten photochromen Glases erzielen könnte.

Die Sammellinse 14 dient zur Konzentrierung des vom Rubin 10 ausgesandten Lichtes zur Steigerung des photochromen Effektes. Die Sammellinse 16 dient zur Rekollimierung der vom photochromen Glas 15 zum Spiegel 13 wandernden Lichtstrahlen nach ihrer Sammlung und Kreuzung im Bereich des photochromen Glasblocks.

Das photochrome Glas 15 besteht vorzugsweise aus einem Silikatglaskörper, der in wenigstens einem Teil anorganische Kristalle aufweist, die in ihrer Farbe dunkler werden, wenn man sie blauer bis ultravioletter Strahlung von einer Wellenlänge zwischen 300 und 500 μΐη aussetzt, wobei die Konzentration der Kristalle in diesem Teil wenigstens 0,005 Volumprozent beträgt. Infolge der Tatsache, daß solches photochrome Glas durch Bestrahlung mit solchen Wellenlängen gedunkelt werden kann, die innerhalb des Bereiches zwischen Blau und Ultraviolett liegen, nachdem das photochrome Glas 15 durch vom Rubin erzeugte Strahlung längerer Wellenlänge ausgebleicht worden ist, läßt sich das Glas ohne Zerlegen des optischen Senders erneut dunkeln, indem man lediglich auf das Glas eine Strahlung innerhalb des obengenannten Wellenlängenbereiches richtet. Da man photochrome Gläser mit sehr hoher optischer Qualität erzeugen kann, ist der Einfluß der Strahlung anschließend an die Ausbleichung außerordentlich wirkungsvoll.

Wie bereits erwähnt, enthalten die im vorliegenden optischen Sender verwendeten photochromen Gläser anorganische Kristalle in einem Silikatglaskörper. Diese Kristalle können Silberchlorid, Silberbromid oder Silberjodid sein. Eigenschaften und Herstellung solcher Gläser wurden bereits vorgeschlagen. Obwohl man alle in diesen Erfindungen offenbarten Zusammensetzungen zur Q-Wert-Steuerung in optischen Sendern gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden kann, enthält eine besonders zufriedenstellende Zusammensetzung für ein photochromes Glas in einem optischen Sender in Gewichtsprozent annähernd.

58,27 % SiO₂,
9,7<>/o Al₂O₃,
19,4% B₂O₃,
10,9o/oNa₂0,
0,03VoK₂O,
0,29% Cl,
0,79% F,

0,6% Ag,
0,016% CuO und
0,008% Fe₂O₃.

5 Obwohl die Verwendung von Sammellinsen zur Konzentrierung der Strahlung auf einem begrenzten Bereich des in dem vorliegenden optischen Sender verwendeten photochromen Glases die Wirkung des Glases steigert, sind diese Linsen für die Erzielung der vorteilhaften Wirkung bei der Verwendung solcher Gläser nicht unbedingt erforderlich.

Das Erfindungsprinzip ist nicht auf seine Anwendung in optischen Sendern mit Rubinen als stimulierbarem Medium beschränkt, sondern kann auch in allen optischen Sendern verwendet werden, die Licht mit Wellenlängen emittieren, die innerhalb des Bereiches liegen, der zum Ausbleichen des photochromen Glases führt. Im allgemeinen werden die bis jetzt bekannten photochromen Gläser durch Strahlung im Bereich zwischen 4000 bis 12 000 A gebleicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender für stimulierte Strahlung mit Mitteln zur Steuerung des Gütefaktors Q des optischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des optischen Resonators (12, 13) und im Weg der stimulierten Strahlung ein Körper (15) aus photochromem

Glas angeordnet ist, das die Eigenschaft hat, im Licht des stimulierten Strahles an Transparenz zu gewinnen, dagegen im Licht eines kürzerwelligen steuernden Strahles an Transparenz einzubüßen.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photochrome Glas aus einem Silikatglaskörper (15) besteht, der in wenigstens einem Teil anorganische Kristalle in einer Konzentration von wenigstens 0,005 Volumprozent aufweist, die in ihrer Farbe bei Einstrahlung einer Steuerstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 0,3 und 0,5 um dunkler werden.

3. Optischer Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle Silberhalogenide, wie Silberchlorid, Silberbromid und Silberjodid sind.

4. Optischer Sender nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch optische Mittel zur Konzentration der stimulierten Strahlung innerhalb des optischen Resonators auf einem örtlich begrenzten Teil des photochromen Glases.

5. Optischer Sender nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Mittel Sammel-

linsen (14, 16) verwendet werden.

6. Optischer Sender nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus photochromem Glas (15) zwischen zwei Sammellinsen (14, 16) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Physikalische Berichte, Bd. 43, Nr. 1, Januar 1964, S. 95, 1-643;

Proceedings of the JEEE, Januar 1963, S. 221 bis 223.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen