DE1300180B

DE1300180B - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE1300180B
Application number: DE1961T0035656
Authority: DE
Inventors: Gould Gordon
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1961-09-30
Filing date: 1961-09-30
Publication date: 1969-07-31

Description

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Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Querschnitts eines Resonanzlichtverstärkers, der durch Verstärker, dessen monochromatische Strahlung von eine Entladung in dem Resonanzhohlraum angeregt einem gasförmigen, stimulierbaren Medium ausgeht, wird,

dessen Atome, Ionen oder Moleküle durch Stöße F i g. 6 ein Diagramm der Energieniveaus des

mit anderen Teilchen auf die höhere Stufe zweier 5 Iodmoleküls, das zur Erläuterung eines Ausführungspaarweise zusammengehöriger stimulierbarer Energie- beispiels der Erfindung dient, bei dem Koinzidenz von zustände angeregt werden, die bezüglich ihrer Energie Spektrallinien beim Anregen eines Arbeitsmediums in um einen der Lichtfrequenz entsprechenden Betrag einem Lichtverstärker ausgenutzt wird, differieren, so daß die genannten Atome, Ionen oder F i g. 7 ein Diagramm einiger Energieniveaus von

Moleküle Lichtphotonen infolge stimulierter Emission io Zink, das zur Beschreibung eines Ausführungsbeiwährend des Übergangs von der höheren auf die spiels der Erfindung dient und bei dem eine innere tiefere Stufe der zwei Energiezustände aussenden. Bei Entladung zur Anregung des Arbeitsmediums erfolgt, den bekannten optischen Sendern oder Verstärkern „. , . , ,. ,

war die Ausgangsleistung dadurch begrenzt, daß aus- Nichtresonierender Lichtverstarker

schließlich Stöße zwischen Atomen, Ionen oder Mole- i₅ ^{mit mnerer} Entladung

külen eines gasförmigen stimulierbaren Mediums und F i g. 2 zeigt einen nichtresonierenden Lichtveranderen Teilchen zur Anregung der Atome, Ionen stärker, in dem das gasförmige Medium im Hohlraum oder Molekülen auf die höhere Stufe zweier paarweise direkt durch Zuführung hochfrequenter Energie und zusammengehöriger stimulierbarer Energiezustände nicht durch eine Lichtquelle angeregt wird (niederderselben verwendet wurden. Gleichzeitig mit der- ao frequente Energie oder eine Gleichstromentladung artigen Stößen fand eine gewisse Entleerung der könnten erwünschtenfalls stattdessen verwandtwerden), niedrigeren Energiestufe dieser Atome, Ionen oder Eine etwas kompliziertere Arbeitsweise weist beMoleküle infolge spontaner Emission statt. Diese stimmte Vorteile gegenüber der relativ einfachen Anspontane Emission jedoch bewirkte die Entleerung regung durch Resonanzstrahlung auf, die oben beder unteren Energiestufe dieser Atome, Ionen oder 25 schrieben wurde. Bei dieser Arbeitsweise wird eine Moleküle zu langsam, als daß ein beachtlicher Über- Verbesserung der Intensität durch Zusammenstöße schuß an Atomen, Ionen oder Molekülen auf der der zweiten Art verwendet,« um die Intensität einer höheren Energiestufe verglichen mit der Anzahl der- speziellen Spektrallinie einer Lampe zu erhöhen, selben auf der niedrigeren Energiestufe zustande ge- Es wurden umfangreiche Studien durchgeführt, um

kommen wäre. 30 das Phänomen der Sekundärfluoreszenz zu erforschen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Atome einer Art, die auf einem bestimmten Elek-Geschwindigkeit des Entleerens der niedrigeren Energie- tronenzustand angeregt sind, könner bei Zusammenstufe dieser Atome, Ionen oder Moleküle erhöht wird. stoßen mit Atomen einer zweiten Art ihre Angegungs-

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß Mittel energie übertragen. Es wurde experimentell und theovorgesehen sind, die andere Stöße (einer zweiten Art) 35 retisch nachgewiesen, daß der Übertragungsvorgang erzeugen, um die genannten Atome, Ionen oder Mole- am wahrscheinlichsten ist, wenn zwei Bedingungen küle auf der niedrigeren Stufe der beiden Energie- erfüllt sind:

zustände schneller zu entleeren, und daß die Kombi- (_a) j_e deiner die Energiedifferenz zwischen den Zunation der ersten Stöße und der anderen Stöße derart ständen der beiden Atomarten ist, die von

sind, daß eine relativ höhere Besetzung der genannten 40 Interesse sind, desto größer ist der Wirkungsquer-Atome, Ionen oder Moleküle des gasförmigen stimu- _{schnitt für einen Austausch bei} Zusammen-

lierbaren Mediums m der höheren Stufe der beiden stoßen

Zustände erzeugt wird (b) Das totale elektronische Drehmoment der beiden

Auf diese Weise wird eine beachtliche Verbesserung _{Atome Weibt dassdbe vor und nach dem Zu}_

des Überschusses an Atomen Ionen oder Molekülen 45 _sammenstoß (Teilauswahlregel von W i g η e r). m dem höheren Zustand verglichen mit denjenigen in

dem niedrigen Energiezustand erreicht, so daß auch In Verbindung mit der Regel (a) muß die Energie-

die Ausgangsleistung des optischen Senders oder Ver- differenz in oder aus kinetischer Energie der Atome stärkers beachtlich gesteigert wird. umgewandelt werden, Wenn die Energiedifferenz

An Hand der Zeichnung sollen die Erfindung sowie 50 kleiner als die thermische Energie (<K ^s 0,03 eV) deren Merkmale und besonderen Vorteile näher er- und wenn die Regel (b) erfüllt ist, kann der Querschnitt läutert werden. Es zeigt mehr als das Hundertfache des Querschnitts gemäß

F i g. 1 ein Grotrian-Diagramm der Energieniveaus der kinetischen Theorie betragen. Insbesondere wurden von Natrium, daß zur Erläuterung der lichtverstär- Zusammenstöße der zweiten Art zwischen metakenden Einrichtung gemäß der Erfindung dient, 55 stabilem Hg (6³P₀)-Atomen und Natriumatomen in

F i g. 2 einen Querschnitt in teilweise schematischer einem gemischten Gas beobachtet. Aus dem Diagramm Darstellung durch einen nichtresonierenden Licht- in Fig. 1 geht hervor, daß das Hg(6³P₀)-Niveau Verstärker, der durch eine elektrische Entladung in zwischen dem Na (7S)- und dem Na(6P)-Niveau liegt dem Verstärkerhohlraum angeregt wird, und sich von beiden um < 0,045 eV unterscheidet.

F i g. 3 eine teilweise schematische Darstellung eines 60 Es wurde beobachtet, daß die sichtbare Na (7S -> 3P)-Resonanzlichtverstärkers, der durch inkohärente Licht- 4751-Ä-Linie unter gewissen Bedingungen so intensiv strahlung angeregt wird und ein dreieckiges Prisma wie die Na (3P -> 3S)-5983-Ä-Linie wurde, was zeigt, mit reflektierenden Oberflächen aufweist, daß die Hauptmenge der Energie auf das Na (7S)-

F i g. 4 eine zum Teil schematische Darstellung eines Niveau übertragen wurde. Die Intensitätsverbesse-Querschnitts durch ein wahlweise optisches System 65 rung beträgt etwa das Zwanzigfache. Es kann angefür die Einrichtung in F i g. 3, in der z. B. nur in der nommen werden, daß Übergänge von dem 6 Ρΐ/.,-Niveau Papierebene polarisiertes Licht erzeugt wird, in gleicher Weise begünstigt werden.

F i g. 5 eine zum Teil schematische Darstellung eines Die genaue Mischung von Hg in Na-Amalgam, um

den notwendigen Druck von Na(~10"⁴Torr) und Hg(~ 1,0 Torr) bei Arbeitstemperatur zu erhalten, kann aus Veröffentlichungen entnommen werden oder angenähert aus dem Gesetz von R a ο u 11 berechnet werden.

Aus der vorangegangenen Erläuterung ist ersichtlich, daß bei Verwendung von Zusammenstößen der zweiten Art mit einer anderen Atomart der Wirkungsgrad des Vorgangs, durch den eine stärkere Besetzung

und 3000mal so intensiv wie der schwache, durch spontane Emission erzeugte Untergrund ist, dem diese überlagert wird.

Darüber hinaus weist der nichtresonierende Lichtverstärker trotz der kurzzeitigen Frequenzschwankungen eine langzeitige mittlere Frequenz auf, die sehr konstant ist. Deshalb kann durch Mitteln der Frequenz über eine begrenzte Zeitspanne ein Licht

absorbiert und ein großer Teil in nutzbare Arbeitsleistung umgewandelt. Wenn eine innere Entladung zur Anregung der Atome verwendet wird, kann ein großer Betrag »pumpender« Leistung in den Hohlraum 5 eingekoppelt werden.

Die Nützlichkeit nichtresonierender Lichtverstärker ist etwas durch den hohen Geräuschpegel beschränkt, der sich beim Ausgangssignal ergibt. Zufällige Schwankungen der Frequenz oder Phase des Signals werden

eines höheren Energieniveaus durch optisches Pumpen io durch spontane Übergänge erzeugt. Insbesondere ist erzeugt wird, beträchtlich erhöht werden kann und zu die Nützlichkeit der nichtresonierenden Einrichtung einem Anwachsen des Wirkungsgrads der Arbeits- als Verstärker (im Gegensatz zu einem Oszillator) durch weise der lichtverstärkenden Einrichtung führt. diesen Untergrund zufälliger spontaner Emissionen

Gemäß F i g. 2 ist ein Hohlraum 31 mit einer beschränkt, was den Grund für eine Geräuschband-Öffhung 32 zum Durchtritt des austretenden Lichtes 15 breite von angenähert 1000 Megahertz (die Dopplerin den Außenraum des Hohlraums vorgesehen. Ein breite der Spektrallinie) ergibt. Die angenähert äqui-Stab 34 aus transparentem Material kann verwendet valente Geräuschtemperatur des nichtresonierenden werden, um das Licht aus der Einrichtung weiterzulei- Lichtverstärkers beträgt im Zentrum des sichtbaren ten. Wahlweise können auch Fenster verwendet werden. Spektrums 30 000⁰K. Andererseits liefert der nicht-Der Innenraum 36 des Hohlraumes ist vorzugsweise *° resonierende Lichtverstärker, wenn er als Oszillator mit einem gasförmigen Medium ausgefüllt, z. B. mit arbeitet, eine optische Linie, die bis zu 50mal schmaler einer Mischung aus Quecksilber- und Natriumdampf,
wie bereits oben erwähnt wurde. Die Wand 37 des
Gefäßes 31 ist mit einer reflektierenden Oberfläche 40
versehen, die z. B. aus Magnesiumoxyd besteht. Ein 35
Vorratsbehälter 38 ist über eine Leitung 39 mit dem
Hohlraum 36 des Gefäßes 31 verbunden, um eine gasförmige Atmosphäre der gewünschten Zusammensetzung und des gewünschten Drucks in dem Hohlraum 36 zu ergeben. Für den Vorratsbehälter 38 ist 30 frequenznormal mit einem Ausmaß von Genauigkeit eine Heizeinrichtung 41 vorgesehen, die von einem erhalten werden, das vergleichbar mit dem irgend-Temperaturregler 42 gesteuert wird, wodurch ein eines bekannten Frequenznormals ist. Ein derartiges Steuern des Dampfdrucks in dem Hohlraum ermög- Normal ist nicht nur vorteilhaft für Zeitmessungen, licht wird. Übermäßige Druckschwankungen in dem sondern auch für Entfernungsmessungen durch interHohlraum 31 und eine Kondensation in dem Hohl- 35 ferometrische Verfahren verwendbar, was später im raum 36 wird verhindert, indem der Hohlraum 36 auf Zusammenhang mit für diesen Verwendungszweck einer durch den Ofen 43 gesteuerten Temperatur gehalten wird.

Um die Atome in dem Hohlraum 36 anzuregen, wird Energie über eine Spule 44 zugeführt, die den 40 Hohlraum umgibt und mit hochfrequenter Anregungsenergie gespeist wird, z. B. mit einer Frequenz von etwa 100 Megahertz.

In der Einrichtung nach F i g. 2 erfolgt also eine
Anregung der Atome im Hohlraum 36 durch eine 45 messungen des Hohlraums abhängig ist, in dem die durch Hochfrequenzenergie bewirkte Entladung und Schwingung erzeugt wird.

nicht durch eine Lichtanregung. Eine wahlweise Ausführungsform des Lichtver-

Natürlich kann die Entladung in dem Hohlraum 36 stärkers soll im folgenden beschrieben werden, wobei auch auf andere Weise erfolgen, z. B. durch eine die Resonanzfrequenz der Einrichtung stark von den Gleichstrom- oder Niederfrequenzentladung zwischen 50 Abmessungen des Hohlraums abhängt. Der Reso-Elektroden in dem Hohlraum oder durch kapazitive nanzlichtverstärker unterscheidet sich auch in anderen Einkopplung hochfrequenter elektrischer Energie in wichtigen Merkmalen, doch wird die Resonanzeigenden Hohlraum, an Stelle der in F i g. 2 dargestellten schaft der Einrichtung als ein zweckmäßiger Weg für induktiven Kopplung. dessen Unterscheidung von dem vorher beschriebenen

Der Vorteil der Erzeugung einer Entladung inner- 55 nichtresonierenden Lichtverstärker verwendet,
halb des Hohlraums an Stelle der Abhängigkeit von F i g. 3 zeigt einen länglichen Hohlraum 51, der an

der Absorption von Energie von einer Lichtquelle ist den Enden durch Endteile 52 und 53 abgeschlossen ist. ohne weiteres verständlich, wenn man berücksichtigt, Wie bei der nichtresonierenden Einrichtung ist ein daß nur etwa 20 % oder weniger der Lichtenergie, die Vorratsbehälter 54 vorgesehen, um dem Innenraum in den Hohlraum geführt wird, zur Erzeugung nütz- 60 des Hohlraums eine gasförmige Atmosphäre zuzulicher Pumpwirkung absorbiert wird. Darüber hinaus führen. Eine Heizeinrichtung 55, die als Heizspule

geeigneten Einrichtungen näher erläutert werden soll.

Resonanzlichtverstärker

Der oben beschriebene Lichtverstärker gemäß F i g. 2 wurde als nichtresonierender Lichtverstärker bezeichnet, weil die Frequenz des Lichtes am Ausgang, obwohl sie verhältnismäßig konstant ist, nicht in irgendeinem wesentlichen Ausmaß von den Ab

kann nur ein begrenzter Betrag von »pumpendem« Licht durch eine kleine Öffnung eingeführt werden. Wenn die Öffnung größer gemacht wird, wird der Verlust von Licht aus dem Hohlraum beträchtlich. Wenn die Entladung innerhalb des Hohlraums erfolgt, um die Atome anzuregen, wird praktisch alle in den Hohlraum eingeführte Energie in dem Arbeitsmedium

dargestellt ist, wird von einem Temperaturregler 56 geregelt, um eine Regelung des Drucks in dem Hohlraum 51 zu gewährleisten.

65 Wie im Falle des Lichtverstärkers gemäß F i g. 2 kann ein Ofen 57 vorgesehen werden, der einen Teil der Einrichtung einschließt und diesen auf einer Temperatur hält, die höher als die des Vorratsbe-

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hälters 54 ist, wodurch eine Kondensation in dem Anforderungen, die an ihre gute ebene und parallele Hohlraum 58 vermieden und eine bessere Regelung Ausbildung gestellt werden müssen, vorzuziehen,
des Drucks einer Gasatmosphäre ermöglicht wird. Dashalb ist die Verwendung von Prismen von großer

Aus der vorangegangenen Erklärung geht hervor, praktischer Bedeutung. Die Querschnitte der Prismen daß der Innenraum 58 des Hohlraumgefäßes 51 nach 5 69 und 71 sind gemäß der Figur rechtwinklige Dreidiesem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ecke. Die Flächen 73 des Prismas 71 verlaufen wie die gasförmigen Medium gefüllt wird, dessen Druck mit Flächen 72 des Prismas 69 (eine der Flächen 72 ist Hilfe des Temperaturreglers 56 geregelt werden kann. wegen der Lage des Prismas 69 nicht sichtbar) recht-Das gasförmige Medium in dem Hohlraum 58 in winklig zueinander. Derartige 90°-Prismen können F i g. 3 ist in diesem Beispiel Natrium, obwohl auch io mit sehr großer Genauigkeit geschliffen werden. Wenn andere Medien verwendet werden können, wie bereits die Prismen derartig geschliffen sind, werden Lichterklärt wurde. strahlen, die in die Flächen 75 oder 74 des Prismas 71 Die Anregung des Mediums in dem Hohlraum 58 bzw. 69 eintreten, bekanntlich fast genau in der erfolgt mit Hilfe einer hohlzylindrischen Gasent- Richtung zurückgeworfen, aus der sie herkamen. Die ladungslampe 59, die das Hohlraumgefäß 51 umgibt. 15 Reflexion erfolgt innerhalb eines beträchtlichen Be-Die Gasentladungslampe 59 ist vorzugsweise eine reichs der Einfallswinkel der Diagonalfläche (z. B. 75 Natriumdampflampe, die mit einem geeigneten Gas des Prismas 71). Darüber hinaus ist die effektive Wegoder einer Kombination von Gasen, wie Natrium oder länge der Strahlen, die durch die Diagonalfläche 75 Argon, gefüllt ist. hindurchtreten, praktisch dieselbe entlang der Ober-Die Außenwand 61 der Lampe 59 kann mit einer ao fläche der Diagonalfläche, obwohl der Winkel, unter reflektierenden Oberfläche, z. B. aus Magnesiumoxyd dem Strahlen auf die Diagonalfläche 75 auftreffen, versehen sein, um Licht zurückzuhalten, während die nicht genau 90° beträgt. Die Prismen 69 und 71 sind Innenwand 62 der Lampe 59 vorzugsweise für die vorzugsweise so angeordnet, daß ihre parallelen gewünschten Spektralkomponenten des von der Lampe Kanten gegeneinander einen Winkel von 90° bilden, erzeugten Lichtes gut durchlässig ist. 25 Dies bedeutet, daß in F i g. 3 die Kanten des Prismas 69 Die Wand des Hohlraums 58 ist vorzugsweise eben- vertikal verlaufen, während die Kanten des Prismas 71 falls für dieses Licht gut durchlässig. Natürlich kann horizontal verlaufen.

gewünschtenfalls eine einzige Wand zwischen dem Wenn deshalb die Diagonalfläche 75 nahezu senk-

Innenraum 60 der Lampe 59 und dem Innenraum 58 recht zu der Richtung der einfallenden Lichtstrahlen des Gefäßes 51 vorgesehen werden, indem diese beiden 30 verläuft, kann das Prisma 71 um mehrere Grad um Teile der Einrichtung als zusammenhängendes Gefäß eine horizontale Achse gedreht werden, die sich ausgebildet werden. Die Wand 62 kann aus einem senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, ohne daß eine Material bestehen, das erwünschtenfalls als optisches bemerkenswerte Änderung der Richtung der Reflexion Filter dient, wodurch gewisse unerwünschte Kompo- erfolgt. Entsprechend kann das Prisma 69 um mehrere nenten des Lichtes der Lampe 59 ausgeschieden werden 35 Grad um eine vertikale Achse gedreht werden, ohne können. Die Lampe 59 kann ebenfalls mit einem Vor- daß eine bemerkenswerte Änderung der Richtung der ratsbehälter 63, einer Heizeinrichtung 64 und einem reflektierten Strahlen erfolgt. Folglich ist die Lage der Temperaturregler 65 in ähnlicher Weise wie das beiden Prismen 69 und 71 nicht kritisch im Hinblick Hohlraumgefäß 51 versehen sein, so daß der Druck in auf eine Rotation um jede der zueinander orthogoder Entladungslampe unabhängig mit Hilfe des Tempe- 40 nalen Achsen, die parallel zu den brechenden Kanten raturreglers 65 geregelt werden kann. Es ist zu erken- der Prismen verlaufen. Deshalb können die Prismen 69 nen, daß der Ofen 57 auch den Innenraum der Ent- und 71, wenn sie innerhalb der erforderlichen Toleranzladungslampe 59 auf einer höheren Temperatur hält, grenzen für die ebene Ausbildung und die Winkellage als der Temperatur des Vorratsbehälters 63 entspricht. der verschiedenen Oberflächen geschliffen sind, in dem Die Lampe 59 ist mit Elektroden 66 versehen, die 45 Hohlraum 58 ohne besonders kritische Anforderungen von einer Energiequelle 67 über Leitungen 68 gespeist hinsichtlich der Parallelität der Stirnflächen 74 und 75 werden. Die Art der elektrischen Anregung der Lampe eingesetzt werden.

59 kann so gewählt werden, daß die besten Ergebnisse Es gibt verschiedene alternative Möglichkeiten, um

bei einer speziellen Verwendung erzielt werden. Zum den kritischen Charakter der Winkellage der Reflek-Beispiel kann eine Anregung durch Gleichstrom, 50 toren zu vermindern. Zum Beispiel kann das Prisma 71

Wechselstrom oder Hochfrequenz erfolgen. durch einen Winkelreflektor mit drei zueinander senk-

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß es wün- rechten ebenen Oberflächen (der ebenfalls ein Prisma sehenswert ist, eine Einrichtung vorzusehen, um die sein kann) und das Prisma 69 durch einen Planspiegel Lichtenergie in dem Hohlraum zu begrenzen und ersetzt werden. Der Spiegel kann ein mehrschichtiger

zurückzuhalten, damit eine Anzahl von Emissionen von 55 Reflektor mit geringem Verlust sein, der nur Licht der Lichtenergie angeregt werden und die Intensität des gewünschten Wellenlänge selektive reflektiert.

Lichtes erhöht wird, wodurch sich eine Verstärkung Es ist wahrscheinlich, daß eine Grenze des Wirkungs-

in etwa analoger Weise wie bei einer Elektronenverviel- grads des Systems die Toleranzen sind, mit denen

facherröhre auf Grund des Lawineneffekts ergibt. ebene optische Oberflächen hergestellt werden können.

Die Einrichtung gemäß F i g. 3 unterscheidet sich 60 Es mag aus praktischen Gründen unmöglich sein, eine

von dem oben beschriebenen nichtresonierenden Licht- Oberfläche mit engeren Toleranzgrenzen hinsichtlich verstärker in F i g. 2 darin, daß die Reflektoren der ebenen Ausbildung als mit etwa einem Fünfzigste!

spiegelnd und nicht diffus reflektieren wie im Falle einer Wellenlänge herzustellen. Dies begrenzt natürlich

des nichtresonierenden Hohlraums. den Wirkungsgrad von Resonanzlichtverstärkern mit

Die Reflektoren in dem Hohlraumgefäß 51 enthalten 65 Prismen und ebenso von Resonanzlichtverstärkern mit

Prismen 69 und 71. In dem Hohlraum 58 können ebenen Spiegeln. Im Falle der Spiegel wäre es jedoch

Spiegel als Reflektoren verwendet werden, aber in vielen außerdem notwendig, die Spiegel in betreffenden

Fällen sind Prismen den Spiegeln infolge der hohen Enden des Hohlraums, die beispielsweise in einer

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Ausführungsform 30 cm voneinander getrennt sind, jenige Winkel, bei dem eine parallel zur Einfallsebene parallel anzuordnen und zu halten, und zwar mit einer polarisierte Welle vollständig durchgelassen wird (ohne

Toleranz von etwa einer Fünf zigstel wellenlänge. Dies Reflexion) und eine rechtwinklig zu der Einfallsebene

kann wahrscheinlich erreicht werden, obwohl dazu polarisierte Welle praktisch total reflektiert wird,

selbstverständlich eine ganz außerordentliche Präzision 5 Das Prisma 83 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß

und eine kostspielige Arbeitsweise erforderlich wären. auf die Fläche 85b unter dem Polarisationswinkel

Darüber hinaus wäre die fertige Einrichtung sehr (angedeutet durch den Winkel Θ β in F i g. 4) auf die

empfindlich gegen Störungen und Vibrationen aller Fläche 85b einfallende Strahlen so gebrochen werden,

Arten, einschließlich physikalischer Beschleunigungen, daß sie etwa senkrecht zu der Fläche 85 des Prismas 83 a

Temperaturänderungen usw. io verlaufen (oder, falls die Teile 83 α und 83 b aus einem

Die Prismen 69 und 71 sind vorzugsweise mit licht- einheitlichen Stück transparenten Materials bestehen,

reflektierenden Überzügen auf ihren Stirnflächen 74 zu der Ebene, die diese Teile trennt),

und 75 versehen, da an diesen Flächen reflektiertes Ein zweites Prisma 86 befindet sich am anderen

Licht normalerweise verlorengeht, da es außer Phase Ende des Hohlraums 82. Das Prisma 86 ist ein recht-

oder etwas falsch gerichtet ist und sich nicht zu der 15 winkliges dreieckförmiges Prisma, das so angeordnet

hauptsächlichen stehenden Welle in dem Hohlraum ist, daß eine dreieckige Fläche in F i g. 4 sichtbar ist.

kohärent addiert. Die Kanten der drei Prismenflächen 86 sind in F i g. 4

Die Flächen 73 des Prismas 71 reflektieren normaler- sichtbar. Es sind diejenigen der reflektierenden Flächen

weise praktisch hundertprozentig. Ein Ausgang aus 87 0 und 81b und der Stirnfläche 88.

dem Hohlraum (oder im Falle der Arbeitsweise als 20 Die Stirnfläche 88 ist ebenfalls unter einem Winkel

Verstärker auch ein Eingang) kann durch eine oder zu der Längsachse des Hohlraums 82 angeordnet, der

beide der Flächen 72 des Prismas 69 vorgesehen sein. gleich dem Polarisationswinkel für das Material ist,

Die Fläche 72 kann teilweise durchlässig gemacht aus dem das Prisma 86 hergestellt ist. Dieser Winkel

werden, indem auf oder nahe der Fläche ein Material ist durch Θ β angedeutet.

aufgebracht wird, das einen Brechungsindex aufweist, 25 Das Prisma 86 ist vorzugsweise so geschnitten, daß der sich nicht von dem Brechungsindex des Prismas auf die Fläche 88 mit dem Polarisationswinkel aufausreichend unterscheidet, um eine Totalreflexion auf fallende Lichtstrahlen so gebrochen werden, daß sie der Innenseite zu ergeben. Damit kann ein gewünschter auf die reflektierenden Flächen 87« und 87b mit einem Teil des auf eine oder beide Flächen 72 auftreffenden Winkel von etwa 45° auftreffen. Lichtes zu der Außenseite des Hohlraumes hindurch- 30 Auf Grund des Einfallswinkels der Strahlen auf die gelassen werden. Wenn die Einrichtung dagegen als Flächen 85 b und 88 des Prismas 83 bzw. 86 in F i g. 4 Verstärker verwendet werden soll, wodurch ein Ein- dient das optische System in F i g. 4 nicht nur dazu, gang erforderlich wird, kann derselbe Weg oder ein einen geschlossenen Weg für Lichtstrahlen zu ergeben, ähnlicher Weg als Eingang für den Lichtverstärker sondern auch um das Licht zurückzuwerfen, das eine verwendet werden. 35 andere als eine bestimmte Polarisation aufweist.

Gleichzeitig wird das Problem einer Teilreflexion des

Verstärker mit Polarisationswinkelprismen _{Lichtes von der} stirnfläche des Prismas praktisch durch

Eine andere Ausführungsform eines Resonanzlicht- die Orientierung dieser Flächen ausgeschaltet. Verstärkers ist in Fig. 4 dargestellt. Er besitzt einen Ein Fenster89 ist in dem Hohlraumgefäß81 vor-

Hohlraumgefäß 81, das mit einem Arbeitsmedium 82 40 gesehen, um Licht durchzulassen, das von der Stirnder bereits beschriebenen Art gefüllt ist. In dem Gefäß fläche 88 des Prismas 86 reflektiert wird. Aus der obigen 81 ist ein Prisma 83 vorgesehen. Dieses Prisma besteht Erklärung geht hervor, daß normalerweise keine aus zwei Teilen 83 a und 83 b. Reflexion von im Hohlraum erzeugtem Licht von der

Der Teil 83 a des Prismas 83 ist ein dreieckförmiges Fläche 88 erfolgt, da sich ein geschlossener Weg 90°-Prisma, dessen Dreiecksflächen in F i g. 4 nicht 45 (und Verstärkung) nur für Licht bestimmter Polarisichtbar sind. Eine reflektierende Fläche 84 des Pris- sation ergibt und dieses Licht vollständig durch die mas 83 ist in F i g. 4 dargestellt. Die andere reflek- Fläche 88 hindurchgelassen wird. Um jedoch einen tierende Fläche liegt auf der hinteren Seite des Prismas Ausgang aus dem Hohlraum 82 vorzusehen, kann die und ist nicht sichtbar. Die eine Kante der Stirnfläche Fläche 88 beispielsweise durch den Zusatz eines Über-85« des Prismas 83 ist ebenfalls in F i g. 4 dargestellt. 50 zugs teilweise reflektierend gemacht werden. Ein

In der Praxis kann es wünschenswert sein, das Ausgang kann auch dadurch vorgesehen werden, daß Prisma 83 aus einem massiven Stück aus transpa- das Prisma 86 mit einem Winkel eingesetzt wird, der rentem Material herzustellen, in weichern Falle keine sich etwas von dem Polarisationswinkel unterscheidet Fläche 85cr, die in der Figur dargestellt ist, vorhanden und dadurch eine geringe Reflexion des polarisierten wäre. Die Gesamtwirkung wäre jedoch dieselbe. 55 Lichtes verursacht, das im Hohlraum 82 erzeugt wird.

Ein zweiter Teil 83 b des Prismas 83 ist ebenfalls als In einigen Fällen kann es erwünscht sein, das Redreieckförmiges Prisma ausgebildet. In diesem Fall flexionsvermögen der Fläche 88 zu steuern, wodurch ist eine Dreiecksfläche in F i g. 4 sichtbar. Obwohl der neben anderen Effekten das Ausgangssignal des Hohl-Teil 83b des Prismas 83 als rechtwinkliges dreieckiges raums 82 gesteuert würde. Dies kann durch eine drehprisma in F i g. 4 dargestellt ist, ist es nicht erforder- 60 bare Befestigung des Prismas 86 erreicht werden, so lieh, daß die rechtwinklige Ecke des Prismas genau aus- daß der Einfallswinkel der Strahlen mit der Stirngebildet ist, da dieser Winkel tatsächlich kein rechter fläche 88 durch Drehen des Prismas 86 um eine Achse Winkel sein muß. senkrecht zur Zeichenebene gesteuert werden kann.

Die Stirnfläche 85b des Prismas 83 ist in einem Aus der vorangegangenen Erläuterung geht hervor,

Winkel zu der Längsachse des Hohlraums 82 ange- 65 daß F i g. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines ordnet, welcher Winkel angenähert gleich dem Polari- optischen Systems dargestellt, das in der lichtversationswinkel (nach dem Gesetz von Brewster) stärkenden Einrichtung gemäß F i g. 3 oder anderen des Prismas 83 ist. Der Polarisationswinkel ist der- Resonanzlichtverstärkern verwandt werden kann und

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das den Vorteil einer praktischen Ausschaltung unge- Mindestens eine der Flächen 135 kann mit einem wünschter Reflexion von der Stirnfläche des Prismas Überzug eines Mediums versehen sein, das einen ergibt und gleichzeitig ein polarisiertes Ausgangs- Brechungsindex zwischen dem des Prismas 134 und signal liefert, das durch eine Filterwirkung innerhalb der Atmosphäre besitzt, in der es angeordnet ist, wodes Hohlraums 82 erhalten wird. Eine derartige Filter- 5 durch eine Totalreflexion an der Fläche 135 vermieden wirkung innerhalb des geschlossenen Wegs innerhalb und ein Durchtritt des im Hohlraum 121 erzeugten des Hohlraums wird einer Filtrierung des Ausgangs- Lichtes durch das Prisma 134 ermöglicht wird. Es ist signals des Lichtverstärkers auf Grund der Tatsache nun zu erkennen, daß durch das Prisma 134 hindurchvorgezogen, daß der etwa 50°/₀ige Leistungsverlust, tretendes Licht in verschiedene Bündel durch Reder sich durch eine Polarisation außerhalb ergibt, io flexion und Brechung aufgeteilt werden kann. In praktisch vermieden wird. Das optische System gemäß einigen Fällen kann dies wünschenswert sein. Falls es F i g. 4 ermöglicht ferner, das Reflexionsvermögen jedoch erwünscht ist, praktisch das gesamte Ausgangsder Fläche 88 ständig zu steuern und damit das Aus- bündel in eine Richtung zu führen, können zusätzliche gangssignal des Lichtverstärkers. Prismen vorgesehen werden, um die verschiedenen Neben der vorteilhaften Verwendbarkeit in Reso- 15 Ausgangsbündel durch Reflexion oder Brechung zu nanzlichtverstärkern kann das optische System gemäß vereinigen und praktisch in die gleiche Richtung zu F i g. 4 vorteilhaft für andere Anwendungszwecke führen.

verwendet werden, wenn ein Lichtresonator wie z. B. Ein optisches Filter 137 kann in den Lichtweg

bei einem Fabry-Perot-Interferometer benutzt wird. zwischen den Prismen 131 und 134 gebracht werden,

20 um Licht einer anderen Frequenz als der für die

Resonanzlichtverstärker mit innerer Entladung Arbeitsweise des Lichtverstärkers ausgewählten aus-Das Verfahren zur Anregung der Atome innerhalb zuscheiden. Insbesondere, wenn ein derartiger Verdes Hohlraums kann auf Resonanzlichtverstärker stärker als Oszillator betrieben wird, kann ein atomarer angewandt werden, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Ein Übergang höherer Wahrscheinlichkeit als derjenige längliches Hohlraumgefäß 121 ist vorgesehen, das 25 vorliegen, der die gewünschte Lichtfrequenz erzeugt, verschlossene Enden 122 und 123 aufweist. Zweck- Ein derartiger Übergang würde eine Schwingung bei mäßigerweise ist zumindest eines der Enden, wie bei- niedrigerer Eingangsleistung als der für die gewünschte spielsweise 123, lichtdurchlässig für Licht der Frequenz, Schwingung erforderlichen erzeugen. Derartige parafür die der Verstärker entworfen ist. Im Falle des sitische Schwingungen müssen unterdrückt werden. Hohlraums 124 müssen die Seitenwände nicht durch- 30 Im allgemeinen treten, mit Ausnahme von Übersichtig sein wie bei den oben beschriebenen Hohl- gangen, Schwingungen in verschiedenen Schwingungsräumen, weil hier nicht die Notwendigkeit besteht, formen gleichzeitig nicht auf und wären in jedem Lichtenergie durch die Wände durchzuführen, da Fall unerwünscht. Folglich kann es wünschenswert andere Einrichtungen zur Anregung verwandt werden. sein, ein optisches Filter, wie beispielsweise 137, in Der Innenraum 124 des Hohlraumgefäßes 121 ist 35 dem Hohlraum 124 anzubringen, wodurch mit Ausmit einer gasförmigen Atmosphäre gefüllt, die von nähme der gewünschten Frequenz des Lichtes die Vereinem Vorratsbehälter 125 zugeführt werden kann, der Stärkung für alle Frequenzen unter den Punkt verüber eine von einem Temperaturregler 127 geregelten mindert wird, der für die Aufrechterhaltung einer Heizspule geheizt wird. Wie bereits im Zusammenhang Schwingung erforderlich ist.

mit anderen Ausführungsbeispielen der Einrichtung 40 Eine andere und verschiedenartige Verwendung für beschrieben wurde, gewährleistet das Zusammenwir- ein Filter (wie das Filter 137 im Gefäß 121, das in ken aller Teile 125, 127 zusammen mit dem Ofen 130 F i g. 5 dargestellt ist) erfolgt zum Zwecke der Hermit regelbarer Temperatur, der den Hohlraum 121 um- stellung polarisierten Lichtes am Ausgang des Lichtgibt, daß der Druck des stimulierbaren Mediums in dem Verstärkers. Offensichtlich ist die Einführung eines Hohlraum auf einem geeigneten Wert gehalten wird. 45 Polarisationsfilters in den geschlossenen Weg in der Vorzugsweise ist der Innenraum 124 mit einer gas- lichtverstärkenden Einrichtung mit dem Auftreten förmigen Atmosphäre gefüllt, die eine Mischung aus von Verlusten für Licht mit Ausnahme derjenigen Natrium und Quecksilber enthält oder mit einer Polarität verbunden, für die das Filter durchlässig ist. anderen Mischung von Elementen, mit deren Hilfe der Diese Verluste verhindern weitgehend die Verstärkung Wirkungsgrad der Anregung der beeinflußten Atome 50 anderen Lichtes als des der gewünschten Polarität, auf ein gewünschtes Energieniveau mit Hilfe von und in einem Oszillator wird die Erzeugung sich selbst Zusammenstößen der zweiten Art begünstigt wird. Die aufrechterhaltender Schwingungen mit Ausnahme von allgemeine Theorie, nach der eine vorteilhafte Be- Licht der gewünschten Polarität verhindert. Setzungsverteilung der Energieniveaus eines Elements Es ist zu erkennen, daß in der Einrichtung in F i g. 5 durch Zusammenstöße der zweiten Art mit einem 55 keine getrennte Gasentladungslampe vorgesehen ist, anderen Element erzeugt werden kann, wurde bereits um eine Lichtanregung des Mediums in dem Hohlerwähnt und soll hier nicht wiederholt werden. Das raum zu verursachen. Statt dessen wird eine Entoptische System der Einrichtung in F i g. 5 ist ähnlich ladung direkt in dem Gefäß 121 mit Hilfe von Elekdem bereits beschriebenen, indem es zwei Prismen 131 troden 127 erzeugt, die mit einer Energiequelle 123 und 134 mit rechtwinklig zueinander verlaufenden 60 über Leitungen 129 verbunden sind. Kathetenflächen 132 bzw. 135 sowie potentielle Stirn- Elektroden 127 in F i g. 5 sind innerhalb des Geflächen 133 und 136 besitzt, wobei die brechenden fäßes 121 angeordnet und können gespeist werden, Kanten zueinander senkrecht stehen. Wie bereits um entweder eine Gleichstrom- oder Niederfrequenzerwähnt wurde, sind die Stirnflächen 133 und 136 vor- entladung zu ergeben. Es ist jedoch nicht notwendig, zugsweise mit einem Überzug zur Verminderung der 65 daß die Elektroden in dem Hohlraum angeordnet sind, Reflexion überzogen, so daß praktisch die gesamte um eine Entladung in dem Hohlraum zu erzeugen. Reflexion durch innere Reflexion von den Flächen 132 Zum Beispiel können Elektroden außerhalb des Hohl- und 135 erfolgt. raums verwendet werden, die durch Alununrumfolien

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od. dgl. gebildet sind, um eine hochfrequente elektrische Entladung in dem Hohlraum 121 zu bewirken.

Andere durch eine Entladung anregbare atomare Energieniveaus

Zusätzlich zu der Anregung der Na (6 P und 7S)-Niveaus durch Zusammenstöße der zweiten Art mit metastabilem Hg(6³P₀) in einer Entladung in dem Lichtverstärkerrohr ist eine Reihe von metastabilen Niveaus, die geeignet sind, Niveaus der nahezu gleichen Energie in anderen Atomen durch Zusammenstöße der zweiten Art anzuregen, in Tabelle I aufgeführt. Diese Niveaus sind langlebig, weil die elektrischen Dipolauswahlregeln einen Übergang über diesen schnellen Strahlungsprozeß zu einem niedrigeren Niveau verbieten. Metastabile Energiezustände sind nur für Atome angegeben, die normalerweise ein einatomiges Gas bilden — die sich mithin nicht zu Molekülen verbinden —·, obwohl andere gegebenenfalls auch verwendet werden könnten. Tabelle I ist nicht vollständig, enthält aber die Zustände, die am wahrscheinlichsten von praktischem Interesse sind. Die Erdalkalien Zink und Cadmium können nicht leicht verdampft werden.

Tabelle I

Element

Sn

Pb

Be₅Mg, Ca,Sr,(Ba).

Zn

Cd

Hg

He

Ne

A

Kr

Xe

Rn

Tl

Es hat den Anschein, daß mindestens in einigen Fällen eine reine He-Entladung zur Verwendung in einem Lichtverstärker nach der Erfindung wünschenswert ist. Ein ähnlicher Zustand hinsichtlich eingefangener Photonen besteht für den Übergang Na(7S-»-3P).

Andere Fälle der Anregung durch Zusammenstöße der zweiten Art

Zusätzlich zu der wahlweisen Anregung von Na(7S oder 6P) durch Zusammenstöße mit metastabilem

Metastabile	Energie	Ioni	21,559
Energie	über Orund-	sations-	15,75
zustände	zustand	potential	13,996
	2v	7,3v	12,127
	4	7,4	10,746
H³P₂, W³P₀			6,1
H³P₂, H³P₀	4	9,39
H³P₂, M³P₀	3,73	9,00
6³P₂	5,4	I -1/\ A'IA
6³P₀	4,642
2'S₁	20,55	ι
		\ 24,581
2³S₁	19,77	J
2³P₂"	16,53
2³P₂"	11,49
2³P₂"	9,8
2³P₃"	8,30
2³P₂"
6²P₃/₂	0,97

Hg(6³P₀-Atomen in einer Entladung sind in Tabelle II andere atomare Metalle angegeben, die durch Zusammenstoß mit metastabilen Atomen angeregt werden können. In jedem Fall fallen höhere Niveaus des Arbeitselements in die Nähe metastabiler Niveaus eines möglichen Trägergases. In einigen Fällen wurde eine derartige Sekundärfluoreszenz schon von Experimentatoren beobachtet. Hinsichtlich der Verständlichkeit der Tabelle II wird auf Tabelle I verwiesen.

Tabelle II Einige Zusammenstöße der zweiten Art

^^^••■"1 /VA**tfVfl Ct	Metastabiler Zustand	[	5³P_a(9,84)	1	6³P₂	Anfangszustand	Angeregter Zustand	Ne(2'S₀)	8'D, 8³D
iragcrgas	des Trägers	des Arbeitsatoms	des Arbeitsatoms
Hg	6³P₀(4,642v)	_T1(63p_3/2)1/0	verschiedene	Kr(4'S₀)
Hg	6³P₀(4,642v)	In (5 ²P₃- i/)	verschiedene	Hg(6'S₀)
Hg	6³P₀(4,642v)	Hg6³P₀"->"8'S₀	(9,2Ov) (ZlE = 0,08 v)
		6'P₁- I	- 4916 Ä Photon	Xe(5'S₀)
		6'S₀ + 1899 Ä Photon	Hg
He /	2'S₀(20,55v)
	2»Si(19,77v)
A	4³P₂(11,49)

Kr

Xe

Claims

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Lichtverstärkerübergänge vom metastabilen scheinlichkeit einer guten Koinzidenz. Mindest drei zum Grundzustand ziemlich nahe Koinzidenzen sind bekannt, wie Ta-In allen bisher diskutierten Beispielen war die belle III zeigt, spontane Zerfallsrate des angeregten Zustande größer Tabelle III als 10« see-¹ was charakteristisch für erlaubte elek- 5 _{)>Kdnzidente<(} Spektrallinien von Atomspektren tnsche Dipol-Strahlungsubergange ist. Da die Anregungsrate größenordnungsmäßig 10⁵ see-¹ beträgt, He(3³P-»2³S) 3889 Ä^Cs (8³P^₂<->6³S_1/2)3889 Ä ist offensichtlich, daß selbst bei Verwendung der wirk- 2n 3303,7A^Na(4²P_V^<->3²S.,₂)3303 Ä samen und selektiven Methode der Zusammenstöße _{Δ c;i1} -ι _Γί ,S_2n " _ ^₂Q' nqc-h ο ä der zweiten Art die Besetzung des angeregten Zu- *° '- '-Stands nicht stärker als die des Grundzustands gemacht Jedoch ist in keinem dieser Fälle die Überlappung werden kann. Deshalb kann eine Wirkung als Licht- gut genug für einen hohen Wirkungsgrad der Anverstärker oder Emission durch gegenseitig induzierte regung. Andererseits wurden zahlreiche Beispiele der Übergänge nur zu einem Zwischenzustand auftreten, Anregung von Molekülen durch koinzidente Spektraldessen Besetzung um eine noch größere Rate des 15 linien von Atomspektren beobachtet, spontanen Zerfalls niedriger gehalten wird. Jeder elektronische Energiezustand in einem zwei-Es ist ferner möglich, die Besetzung eines lang- atomigen Molekül ist in etwa 50 Schwingungszustände lebigeren niedrigeren Zustands durch Zusammenstöße aufgespalten und jeder Schwingungszustand in etwa der zweiten Art zu verringern, um dasselbe Ergebnis 200 Rotationszustände.

zu erreichen. 20 Deshalb kann man mehr als 100 000 Absorptions-Ais Beispiel soll Zink betrachtet werden. Die meta- übergänge von besetzten Zuständen in jedem Molekül stabilen 4³P-Niveaus liegen mehr als 4 Elektronenvolt durchschnittlich erwarten. Wie erwartet, besteht im über dem Grundzustand, wie in F i g. 7 gezeigt ist. allgemeinen mindestens eine Koinzidenz einer starken Diese Niveaus liegen nicht in der Nähe irgendwelcher Spektrallinie eines Atomspektrums mit einem Resoanderer metastabiler Niveaus und können so nicht as nanzübergang eines gegebenen Moleküls. Aus demdirekt durch Zusammenstöße der zweiten Art ange- selben Grunde ist die Emission von einer Entladung regt werden. Jedoch können höhere nichtmetastabile in einem molekularen Gas in viele schwache Linien Niveaus von Zink durch Zusammenstöße mit meta- aufgeteilt. Diese können von einer äußeren Lampe stabilem Krypton und Xenon angeregt werden. Von nicht in einfacher Weise angeregt werden, diesen Zuständen zerfallen die Zinkatome sehr schnell 30 Aus der obigen Erklärung ergibt sich, daß die bezu metastabilen Zuständen sowie zu dem Grund- kannten Kombinationen einatomiger Substanzen, die zustand. an eine Koinzidenz angrenzen, nicht vielversprechend Die Zerfallsrate von Zink (4³P₁ -> 4'S₀) durch Emis- sind, obwohl ein Lichtverstärker nach der Erfindung sion des ultravioletten Photons λ — 3076 Ä beträgt so ausgebildet werden kann, daß er Lichtenergie einer A = 1 · 10^B see-¹. Es wurde bereits erwähnt, daß 35 Substanz benutzen kann, um eine andere Substanz Raten der Anregung durch Zusammenstöße, die etwas mit einer koinzidenten Spektrallinie anzuregen, größer sind, erreichbar sein können. Deshalb sollte es Andererseits sind die Koinzidenzen einer Spektralmöglich sein, Lichtverstärkerübergänge direkt zu dem linie eines Atomspektrums mit einem Resonanzüber-Grundzustand von Zink zu erreichen. Es muß sein: gang eines Moleküls oft so, daß sich ein sehr hohes

£ g _π 4o Ausmaß von Koinzidenz ergibt, das zur Verwendung

Nhoch — Niedrig «* Nhoch > -^z,—' · ^{m emem} Anregungsprozeß in einem Lichtverstärker

Ιλ²/(ϊο) Λ gemäß der Erfindung geeignet ist.

Substitution der Werte ergibt Nzn (3P₁) > 5-10¹¹Cm³. Ein Beispiel einer derartigen Koinzidenz, die als Wenn die Atome durch Zusammenstöße auf die drei Anregungsprozeß verwendbar ist, ist die Koinzidenz metastabilen Zustände verteilt sind, beträgt der erfor- 45 des erstenGliedsderNatriumgrundserie mit/l = 5893 A₅ derliche Zinkdruck nur 2 · 10~⁵ Torr. Dies ist der die sehr nahe mit einer der Absorptionslinien des Jod-Dampfdruck bei etwa 200° C. moleküls zusammenfällt.

Im Falle von Thallium können die meisten Atome Die Konstruktion eines Lichtverstärkers mit Ausin den viel langlebigeren 6 ²Pa-, metastabilen Zustand nutzung dieser Art von Anregung ist im allgemeinen durch einen ähnlichen indirekten Mechanismus ge- 50 dieselbe wie die oben beschriebene, mit der Ausnahme, bracht werden: Entweder Zusammenstöße der zweiten daß die Lampe zur Anregung eine Natriumdampf-Art mit metastabilem Hg oder Absorption der Reso- lampe und das Arbeitsmedium in dem Hohlraum Jodnanzstrahlung mit 3776 Ä mit folgendem Zerfall zu dampf wäre.

6²Pa₂. Es ist zu beachten, daß die verschiedenen diskutier-

In diesem Fall muß wegen 55 ten Anregungsarten, wie die Anregung durch Reso-

. __x nanzstrahlung (Anregung durch Entladung in dem

A(ö tt_/2 -> 6 F>/₂) äs M see Hohlraum) usw., im allgemeinen sowohl auf die nicht-

die Dichte sehr hoch sein: N «a 10¹⁴ Atome/cm³ oder resonierende als auch auf die resonierende Ausfüh-

P«3· 10~³Torr bei einer Temperatur T «a 600⁰C. rungsform einer lichtverstärkenden Einrichtung an-

Die Möglichkeit der Koinzidenz zweier geeigneter 60 wendbar sind, genau wie die diskutierten verschiedenen

atomarer Spektrallinien ist gering. Im sichtbaren und Arbeitsmedien,

nahen ultravioletten Bereich des Spektrums ist Raum Patentansnrüche· für einige dreihunderttausend Spektrallinien von Dopp-

lerbreite bei nur geringfügiger Überlappung. Es gibt 1. Optischer Sender oder Verstärker, dessen

höchstens tausend verwendbare Resonanzübergänge 65 monochromatische Strahlung von einem gasför-

bei geeigneten Atomen und etwa dreißig starke ato- migen stimulierbaren Medium ausgeht, dessen

mare Spektrallinien, mit denen sie angeregt werden Atome, Ionen oder Moleküle durch Stöße mit

können. Es besteht deshalb eine etwa 10°/₀ige Wahr- anderen Teilchen auf die höhere Stufe zweier paar-

weise zusammengehöriger stimulierbarer Energiezustände angeregt werden, die bezüglich ihrer Energie um einen der Lichtfrequenz entsprechenden Betrag differieren, so daß die genannten Atome, Ionen oder Moleküle Lichtphotonen infolge stimulierter Emission während des Übergangs von der höheren auf die tiefere Stufe der zwei Energiezustände aussenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die andere Stöße (einer zweiten Art) erzeugen, um die genannten Atome, Ionen oder Moleküle auf der niedrigen Stufe der beiden Energiezustände schneller zu entleeren, und daß die Kombination der ersten Stöße und der anderen Stöße derart sind, daß eine relativ höhere Besetzung der genannten Atome, Ionen oder Moleküle des gasförmigen stimulierbaren Mediums in der höheren Stufe der beiden Zustände erzeugt wird.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Stöße unelastische Stöße mit anderen Atomen, Ionen oder Molekülen sind.

3. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium derart beschaffen ist, daß seine höhere Stufe der beiden Energiezustände ein metastabiler Zustand ist.

4. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium derart beschaffen ist, daß seine niedrigere Stufe der beiden Energiezustände ein Grundzustand ist.

5. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium derart beschaffen ist, daß seine beiden Stufen der paarweise zusammengehörigen Energiezustände die zwei niedrigsten Elektronenzustände der Atome, Ionen oder Moleküle sind.

6. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium derart beschaffen ist, daß der Übergang zwischen den Stufen der Energiezustände ein teilweise durch die elektrischen Dipol-Auswahlregeln verbotener elektrischer Dipolübergang ist.

7. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium Indium oder Thallium oder eine Mischung derselben enthält.

8. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Teilchen Atome, Ionen oder Moleküle sind, die in einem metastabilen Zustand mit höherer Energie als dem Elektronenzustand sind und die von einem weiteren Medium stammen, das Sn, Pb, Be, Mg, Ca, Sb, Ba, Cd, A, Kr, Xe, Rn oder Tl oder eine Mischung zweier oder mehrerer derselben enthält.

9. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium ein molekulares Gas ist, dessen Moleküle ein Halogen, vorzugsweise Jod, enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 531/282