DE3382608T2 - Fiberoptischer verstaerker. - Google Patents

Description

• Das Konzept optischer Verstärker, das auf der lichtverstärkenden Fähigkeit bestimmter Materialien basiert, insbesondere auf einem makroskopischen Niveau, ist bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, eine Pumplichtquelle und einen Einkristall-Neodym-Yttrium- Aluminium-Granat-(Nd:YAG)-Stab, der einen Durchmesser von einigen mm und eine Länge von einigen cm hat, in einem röhrenförmigen, reflektierenden Hohlraum anzuordnen. Beispielsweise können die Lichtquelle und der Nd:YAG-Stab derart angeordnet sein, daß sie sich entlang der zwei Fokusse eines Hohlraums erstrecken, der einen elliptischen Querschnitt hat. In einer derartigen Anordnung trifft von der Lichtquelle emittiertes und von den Hohlraumwänden reflektiertes Licht auf den Nd:YAG-Stab auf. Die Lichtquelle ist vorzugsweise so ausgewählt, daß sie Wellenlängen emittiert, die den Absorptionsspektren des Nd:YAG- Kristalls entsprechen, so daß die Energiezustände der Neodym-Ionen des Kristalls auf ein Energieniveau oberhalb des oberen Laserniveaus invertiert werden. Nach der Inversion liefert eine anfängliche Relaxation der Neodym-Ionen durch Phononen-Strahlung eine Ionenbesetzung auf dem oberen Laserniveau. Von dem oberen Laserniveaulasern die Ionen auf ein niedrigeres Energieniveau, wobei sie Licht einer Wellenlänge emittieren, die charakteristisch für das Nd:YAG-Material ist. Vorteilhafterweise liegt dieses niedrigere Energieniveau oberhalb des Grundniveaus der Ionen, so daß eine schnelle, phononenemittierende Relaxation zwischen diesem niedrigeren Energieniveau und dem Grundniveau auftritt, wodurch eine hohe Inversionsrate zwischen dem oberen Laserniveau und diesem niedrigeren Laserniveau innerhalb der gepumpten Ionen fortgesetzt existieren kann.
• Mit der derart invertierten Besetzung liefert der Nd:YAG außerdem eine sehr langsame Fluoreszenz, das heißt eine Zufallsemission von inkohärentem Licht, wie es aus der Laser- Technologie bekannt ist. Diese spontane Strahlung hat jedoch einen minimalen Einfluß auf den verstärkenden Stab, da die durchschnittliche Lebensdauer der Ionen in dem invertierten Zustand 230 Mikrosekunden beträgt.
• Wenn ein Lichtsignal bei der Laserfrequenz durch den Stab geleitet wird, nachdem die Neodym-Ionen des Nd:YAG-Stabs invertiert worden sind, triggert das Lichtsignal den Laserübergang der Neodym-Ionen, wodurch eine kohärente Emission einerstimulierten Strahlung bewirkt wird, die wirksam zu dem übertragenen Signal beiträgt, wodurch dieses Signal verstärkt wird.
• Die Absorptionslänge der Pumpstrahlung innerhalb des Nd:YAG-Kristalls (das heißt die Materiallänge, durch die die Strahlung hindurchgehen muß, bevor 60% der Strahlung absorbiert sind) liegt typischerweise in dem Bereich zwischen 2 und 3 mm, und daher hatten die in verstärkenden Strukturen verwendeten Nd:YAG-Kristalle Durchmesser von mindestens dieser Größe, so daß der Kristall einen wesentlichen Teil der Pumpstrahlung während der anfänglichen Reflexion von den Hohlraumwänden und während der Durchleitung durch den Kristall absorbieren konnte. Wenn die Pumpstrahlung während dieser anfänglichen Durchleitung durch den Kristall nicht absorbiert wird, kann sie von den Hohlraumwänden zurück zu der Lichtquelle reflektiert werden, wo sie wieder absorbiert wird, wodurch Wärme in der Lichtquelle erzeugt und der gesamte Wirkungsgrad des Verstärkers reduziert wird.
• Wenn derartige Verstärker in faseroptischen Systemen verwendet werden, wurde es als notwendig angesehen, optische Komponenten, wie beispielsweise Linsen, zu verwenden, um Licht von der optischen Faser in den Nd:YAG-Stab hinein und das verstärkte Lichtsignal von dem Nd:YAG-Stab zurück in eine andere Faser hinein zu fokussieren. Derartige optische Systeme erfordern eine sorgfältige Ausrichtung und sind gegenüber Veränderungen der Umgebung, wie beispielsweise eine Schwingung, und gegenüber thermischen Effekten empfindlich. Zusätzlich machen die optischen Komponenten und die Größe des Nd:YAG-Stabs das verstärkende System relativ groß und damit für bestimmte Anwendungen unbrauchbar. Darüberhinaus bewirkt die relativ grobe Abmessung des Nd:YAG-Stabs ein Wandern des Strahls innerhalb des Stabs. Damit durchläuft das Signal von dem faseroptischen Eingangselement den Stab auf verschiedenen Bahnen, eine Eigenschaft, die temperaturabhängig ist und sich mit der Zeit verändert, so daß das Ausgangslicht aufgrund der Tatsache verloren gehen kann, daß die Ausgangsfaser nur Licht innerhalb eines kleinen Aufnahmewinkels aufnimmt. Während der Strahl innerhalb des Nd:YAG-Stabs wandert, kann sich das Ausgangssignal somit in einer unkontrollierbaren Weise verändern. Darüberhinaus erfordert die große Abmessung des Nd:YAG-Stabs einen hohen Betrag an Eingangsenergie, um eine hohe Energiedichte innerhalb des Stabs aufrechtzuerhalten. Eine derartig große Pumpleistung benötigt Pumplichtquellen mit hoher Ausgangsleistung, wodurch eine erhebliche Wärme erzeugt wird, die typischerweise durch Flüssigkeitskühlung des Hohlraums abgeführt werden maß.
• Während Verstärker dieses Typs in vielen Anwendungen brauchbar sind, wie beispielsweise in einigen Kommunikationsanwendungen, bewirkt eine Verwendung in einem rezirkulierenden oder wiederumlaufenden faseroptischen Gyroskop starke Beschränkungen bei dem Verstärkungssystem. Bei derartigen Gyroskopen ist eine optische Faser, die typischerweise eine Länge von einem Kilometer oder mehr hat, in eine Schleife' gewickelt, und ein Lichtsignal läuft innerhalb der Schleife wiederholt um, typischerweise in beiden Richtungen. Eine Bewegung der Schleife bewirkt eine Phasendifferenz zwischen den sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Lichtsignalen, die dazu verwendet werden kann, die Gyroskoprotation zu messen. Da die bei einer Rotation induzierte Phasenverschiebung relativ klein ist und da periodische Ausgangssignale benötigt werden, die sich auf die Rotation beziehen, ist es vorteilhaft, Eingangslicht innerhalb der Schleife so oft wie möglich wiederholt umlaufen zu lassen.
• Beim Durchlaufen eines Kilometers optischer Faser verliert ein optisches Signal typischerweise 30 bis 50 Prozent seiner Intensität. Ein Verstärker gestattet es, ein Lichtsignal innerhalb der Schleife mehrfach umlaufen zu lassen, wenn er die in zwei entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Lichtsignale verstärken kann, wenn der Verstärker in Serie mit der Schleife angeordnet ist und eine Verstärkung von 2 bis 3 dB liefert.
• Ungünstigerweise machen die relativ große Abmessung, ein hoher Leistungsbedarf aufgrund einer relativ ineffizienten Wirksamkeit, Strahlenwanderungseffekte sowie ein Kühlungsbedarf bei Nd:YAG-Stab-Verstärkern nach dem Stand der Technik, wie sie oben beschrieben sind, derartige Verstärker relativ unbrauchbar für Gyroskope mit hoher Genauigkeit. Diese Faktoren begrenzen natürlich auch die Brauchbarkeit derartiger Verstärker in anderen Anwendungen, wie beispielsweise Kommunikationsnetzwerken.
• US-A-4 136 929 offenbart einen optischen Verstärker, bei dem mehrere Fasern, die das Erregerlicht von LEDs leiten, Seite an Seite mit der Oberfläche einer Nd:YAG-Faser als ein Lasermedium angeordnet sind. Darüber hinaus offenbart die US-A-4 136 929 eine Faserkopplungseinrichtung, bei der sich zwei gekrümmte Fasern in teilweisem Kontakt an tangentialen Abschnitten befinden, wobei die Fasern geschnitten und poliert sind, um ebene Kontaktflächen an den tangentialen Abschnitten zu schaffen.
• Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 103 382 offenbart einen optischen Faserverstärker, der ein Paar optischer Fasern mit kleinem Durchmesser aufweist, die in zwei Blöcken angebracht und in einer Seite-an-Seite-Konfiguration angeordnet sind, wobei die erste Faser eine Pumpquelle aufweist, und wobei die zweite Faser aus einem Material hergestellt ist, das bei der Frequenz des zu verstärkenden Signals lasert. Die zwei Stränge sind derart gewählt, daß die Brechungsindizes so dicht wie möglich beieinanderliegen. Faseroptisches Material ist bei jeder Faser von der Kante eines Blocks zu einem Maximum zu der Mitte des Blocks hin entfernt. Diese verjüngte Entfernung des faseroptischen Materials ermöglicht es, daß die Fasern allmählich konvergieren und divergieren. Eine Substanz mit einem Brechungsindex, der ungefähr gleich dem Brechungsindex der Umhüllungen der zwei Stränge ist, kann zwischen den aufeinandertreffenden Flächen vorgesehen sein. Die faseroptischen Stränge sind in in den zwei Blöcken vorgesehenen Schlitzen durch einen geeigneten Klebstoff, wie beispielsweise Epoxy-Kleber, befestigt. Die Blöcke können aus geschmolzenem Quarz oder aus Silicon hergestellt sein, das außerdem ausgezeichnete thermische Eigenschaften für diese Anwendung hat.
• Diese europäische Patentanmeldung fällt unter die Regelungen des Artikels 54 Absatz 3. Diese Schrift ist daher nicht für die Frage eines erfinderischen Schritts relevant und bildet einen Teil des Standes der Technik gemäß Artikel 54 (3) EPU, d. h. nur wenn die Neuheit betrachtet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 ist eine faseroptische Einrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht offenbart, die einen ersten Wellenleiter aufweist, der einen ersten Brechungsindex hat, einen zweiten Wellenleiter, der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist, das einen zweiten Brechungsindex hat, der größer ist als der erste Brechungsindex, wobei der zweite Wellenleiter in dichter relativer Nähe zu dem ersten Wellenleiter angeordnet ist, um einen Wechselwirkungsbereich zu bilden, eine Lichtquelle zum Einspeisen von Licht in den ersten Wellenleiter, um das Material des zweiten Wellenleiters zu pumpen, und ein transparenter Mantel, der den ersten und den zweiten Wellenleiter an dem Wechselwirkungsbereich umgibt, um die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter zu dem zweiten Wellenleiter zu ermöglichen, aber um die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter zu dem ersten Wellenleiter zu verhindern, wobei der Mantel einen Brechungsindex hat, der geringer ist als der zweite Brechungsindex aber größer als der erste Brechungsindex.
• Vorzugsweise weist die Einrichtung der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtsignals in dem zweiten Wellenleiter auf, wobei das Signal eine Emission von kohärentem Licht aus dem lichtverstärkenden Material stimuliert. Das Signal hat vorzugsweise eine Frequenz, die gleich einer Laserfrequenz des Materials des zweiten Wellenleiters ist. Der Brechungsindex des zweiten Wellenleiters und der Brechungsindex des Mantels bewirken vorzugsweise, daß das Lichtsignal in dem zweiten Wellenleiter geführt wird. Der Brechungsindex des ersten Wellenleiters und der Brechungsindex des Mantels sind vorzugsweise derart gewählt, daß sie verhindern, daß das Licht, das in den ersten Wellenleiter eingespeist wird, in dem ersten Wellenleiter geführt wird.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Mantel von einem Material umgeben, das einen Brechungsindex hat, der geringer als der Brechungsindex des Mantels ist. Der zweite Wellenleiter ist vorzugsweise aus Nd:YAG-Material gebildet. Der erste und der zweite Wellenleiter sind vorzugsweise jeweils entlang einer äußeren Wellenleiteroberfläche poliert, und die polierten Oberflächen sind nebeneinander angeordnet, um den Wechselwirkungsbereich zu bilden.
• Die Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter ist vorzugsweise derart gewählt, daß sie Licht einer Wellenlänge einspeist, die einer Spitze im Absorptionsspektrum des Materials des zweiten Wellenleiters entspricht. Sie kann außerdem Licht in beiden Richtungen entlang des ersten Wellenleiters einspeisen, um das Material des zweiten Wellenleiters symmetrisch zu pumpen.
• Die Einrichtung der vorliegenden Erfindung kann außerdem durch eine Lichtquelle zur Einspeisung eines zu verstärkenden Lichtsignals in den zweiten Wellenleiter gekennzeichnet sein, wobei die Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter das Licht vor der Einspeisung des zu verstärkenden Lichtsignals in den zweiten Wellenleiter einspeist, aber innerhalb der spontanen Relaxations-Fluoreszenzzeit des lichtverstärkenden Materials. Die Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter speist vorzugsweise ausreichend Licht ein, um eine invertierte Besetzung in dem Material des zweiten lichtverstärkenden Wellenleiters herzustellen, wobei die Besetzung während der Verstärkung des zu verstärkenden Lichtsignals entleert wird.
• Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 13 ist eine optische Wellenleitereinrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht offenbart, die einen ersten Wellenleiter mit einem ersten Brechungsindex aufweist, einen zweiten Wellenleiter, der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist, das einen zweiten Brechungsindex hat, der größer ist als der erste Brechungsindex, wobei der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter im wesentlichen ebene äußere Berührungsflächen aufweisen, die nebeneinander, aneinander anstoßend entlang einer ausgewählten Länge der Wellenleiter angeordnet sind, um einen Wechselwirkungsbereich zu bilden, wodurch die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter zu dem zweiten Wellenleiter durch die Oberflächen an der ausgewählten Länge der Wellenleiter ermöglicht wird, um eine Inversion des lichtverstärkenden Materials zu bewirken, und wobei die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter zu dem ersten Wellenleiter verhindert wird, eine Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter, um das Material des zweiten Wellenleiters zu pumpen, und der Wechselwirkungsbereich des ersten und des zweiten Wellenleiters ist im wesentlichen von einem transparenten Mantel eines Mediums umgeben, das einen dritten Brechungsindex hat, wobei das Medium derart ausgewählt ist, daß der dritte Brechungsindex geringer ist als der erste und der zweite Brechungsindex, wodurch die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter oder dem zweiten Wellenleiter zu dem Medium verhindert wird.
• Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 14 ist ein Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht offenbart, das folgende Schritte aufweist: Anordnen eines ersten Wellenleiters mit einem ersten Brechungsindex, Positionieren eines zweiten Wellenleiters, der einen zweiten Brechungsindex hat, der größer ist als der erste Brechungsindex, und der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist, in dichter relativer Nähe zu dem ersten Wellenleiter, um einen Wechselwirkungsbereich zu bilden, Koppeln einer Quelle für Pumpstrahlung an den ersten Wellenleiter, um das Material des zweiten Wellenleiters zu pumpen, Umgeben des ersten und des zweiten Wellenleiters an dem Wechselwirkungsbereich durch einen transparenten Mantel, um die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter zu dem zweiten Wellenleiter zu ermöglichen, während die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter zu dem ersten Wellenleiter verhindert wird, und Auswählen des Brechungsindex des transparenten Mantels derart, daß er geringer ist als der zweite Brechungsindex, aber höher als der erste Brechungsindex. Dieses Verfahren weist vorzugsweise den Schritt des Einspeisens eines zu verstärkenden Signals in den zweiten optischen Wellenleiter auf, um eine kohärente Lichtverstärkung des lichtverstärkenden Materials zu stimulieren. Der Schritt des Koppelns der Pumpstrahlung weist vorzugsweise den Einsatz einer Strahlung bei einer Frequenz auf, die ein hohes Absorptionsniveau in dem Absorptionsspektrum des lichtverstärkenden Materials aufweist.
Kurze Beschreibung der Figuren
• Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden am besten durch die folgende Beschreibung verständlich, die sich auf die Figuren bezieht, in denen:
• Fig. 1 ein Schema ist, das die körperliche Anordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Faserverstärkers der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ein Querschnitt der Anordnung aus Fig. 1 entlang der Linien 2-2 aus Fig. 1 ist;
• Fig. 3 ein Schema ist, das das Absorptionsspektrum von Nd:YAG bei 300 K zeigt;
• Fig. 4 ein Energieniveau-Schema von Nd:YAG ist;
• Fig. 5 ein vereinfachtes Energieniveau-Schema eines Vier-Niveau-Lesers ist, der ein dotiertes Material wie beispielsweise Nd:YAG verwendet;
• Fig. 6 ein Querschnitt ähnlich der Ansicht aus Fig. 2 ist, der eine andere Anordnung für den Verstärker zeigt; und
• Fig. 7 eine zweite, andere Anordnung ähnlich der Fig. 1 ist, die eine Serie von optischen Verstärkern mit Niedrigniveau-Lichtquellen zeigt.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Unter anfänglicher Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Pumpfaser 12 und eine Signalfaser 14 auf. Die Pumpfaser 12 ist typischerweise eine Quarzfaser, die in einer beispielhaften Anordnung einen Durchmesser von ungefähr 200 Mikrometer hat. Diese Faser 12 erstreckt sich über eine Länge 16 von etwa 2 cm parallel und in dichter Nähe zu der Signalfaser 14. Die Signalfaser 14 ist ein Einkristall aus ionendotiertem Material, das bei der zu verstärkenden Frequenz lasert. In dem Schema der Fig. 1 und für die folgende Beschreibung wird angenommen, daß das Eingangslichtsignal, das verstärkt werden soll, in ein erstes Ende 18 der Signalfaser 14 eingespeist und nach der Verstärkung von einem zweiten Ende 20 der Faser 14 abgegeben wird. In vielen Anwendungen, wie beispielsweise in Kommunikations- und Rotationsaufnahmeanwendungen, werden Signale an beiden Enden 18, 20 der Faser 14 eingespeist und sie sollten einheitlich verstärkt werden, unabhängig von der Ausbreitungsrichtung durch die Faser 14.
• Die Faser 14 hat in dieser beispielhaften Ausführungsform einen Durchmesser von 100 Mikrometer. Über die Länge 16 der parallelen Erstreckung der Fasern 12 und 14 sind diese Fasern in einen Mantel 22 eingekapselt, der einen Wellenleiter für die Strahlung bildet, die verwendet wird, um die Faser 14 zu pumpen, wie weiter unten erklärt wird. Die beiden Fasern 12, 14 sind nicht umhüllt, abgesehen davon, daß der Mantel 22 eine Umhüllung bildet.
• Die Faser 14 ist als ein Einkristall aus Nd:YAG-Material ausgebildet. Ein Paar Lichtquellen 24, 26 ist an die gegenüberliegenden Enden der Pumpfaser 12 gekoppelt, und sie können beispielsweise Läserquellen sein, die eine Lichtenergie oder ein Pumplicht zur Invertierung der Neodym-Ionen innerhalb des Nd:YAG-Kristalls 14 liefern, um eine Verstärkung zu gestatten.
• Jede Faser 12, 14 sowie der Mantel 22 sind für die Wellenlänge des Lichts von den Pumpquellen 24, 26 durchlässig. Vorzugsweise hat der Mantel 22 einen so geringen, bei dieser Frequenz charakteristischen Verlust wie möglich, wohingegen es vorteilhaft ist, daß die Absorptionslänge dieser Frequenz in der Nd:YAG-Faser 14 so kurz wie möglich ist.
• Die Brechungsindizes der Fasern 12, 14 und des Mantels 22 sind derart gewählt, daß die Signalfaser 14 das an ihrem Ende 18 eingespeiste Signal führen kann. Die Indizes sind aber auch derart gewählt, daß Licht von den Pumpquellen 24, 26 in den Mantel 22 von der Faser 12 eintreten kann und danach in die Faser 14 eintritt und von ihr absorbiert durch Luft gebildet, obwohl eine zweite Umhüllung den Mantel 22 umgeben kann, um Verluste zu beseitigen, die anderenfalls an dem Übergang zwischen dem Mantel 22 und der umgebenden Luft aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten und einer daraus resultierenden Streuung in dem Mantel 22 auftreten können.
• Durch die obige Beschreibung wird es verständlich, daß an dem Ende 18 der Faser 14 eingespeiste Signale, die durch das System verstärkt werden sollen, innerhalb der Faser 14 gut geleitet werden, da der Brechungsindex N&sub1; der Faser 14 größer ist als der Brechungsindex N&sub3; des Mantels 22. Da der Brechungsindex N&sub2; der Quarzfaser 12 geringer ist als der Brechungsindex N&sub3; des Mantels 22, wird das Pumplicht von den Quellen 24, 26 nicht von der Faser 12 geführt, sondern in den Mantel 22 hineingebrochen. Wie es durch die beispielhaften Strahlen 24 und 26 in Fig. 2 und 28 in Fig. 1 dargestellt ist, wird dieses Licht jedoch von dem Mantel 22 gut geführt, da der Brechungsindex N&sub3; des Mantels 22 größer ist als der Brechungsindex N&sub4; des umgebenden Materials. Die Pumpstrahlung wird somit innerhalb der Grenzen des Mantels 22 für eine schließliche Absorption durch die Faser 14 geführt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die durch den Strahl 28 beispielhaft dargestellte Pumpstrahlung von jeder Faser 12 und 14 und dem umgebenden Mantel 22 proportional zu der Bahnlänge durch jedes dieser Elemente und der Absorptionslänge bei der Pumpwellenlänge jedes dieser Elemente absorbiert. Aus diesem Grund ist es verständlich, daß es vorteilhaft ist, die Umhüllungsgröße des Mantels 22 so klein wie möglich zu halten, um eine Absorption durch den Mantel 22 zu minimieren und dadurch eine Absorption in der Nd:YAG-Faser 14 zu maximieren.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 3, die ein Schema des Absorptionsspektrums eines Nd:YAG- Kristalls bei 3000 K ist, kann man sehen, daß das Nd:YAG-Material eine relativ hohe optische Dichte und damit eine kurze Absorptionslänge bei ausgewählten Wellenlängen hat. Aus diesem Grund ist es ratsam, die Pumpstrahlungsquellen 24, 26 (Fig. 1) derart zu wählen, daß sie eine- Strahlung bei diesen Frequenzen emittieren, um (a) die Absorption der Pumpstrahlung in der Nd:YAG-Faser 14 im Gegensatz zu der Quarzfaser 12 und dem Mantel 22 zu maximieren, und um es (b) zu gestatten, daß die Absorptionslänge so kurz wie möglich ist und damit die Länge 16 (Fig. 1) des Absorptionsbereichs so kurz wie möglich ist, während eine im wesentlichen vollständige Absorption der Pumpstrahlung innerhalb der Verstärkeranordnung noch zugelassen ist. Wie man aus Fig. 3 entnehmen kann, ist die Wellenlänge 0,58 Mikrometer am besten für die Strahlungsquellen 24, 26 in dieser beispielhaften Ausführungsform geeignet, obwohl die Wellenlängen 0,75 und 0,81 Mikrometer auch relativ gut geeignet sind.
• Mit Bezug auf Fig. 5a, die ein Energieniveauschema für den Nd:YAG-Kristall ist, ist es verständlich, daß die Neodym-Ionen von dem Grundzustand in das Pumpband angeregt werden, wenn Pumplicht bei der Absorptionswellenlänge, wie oben beschrieben, von dem Nd:YAG- Kristall absorbiert wird. Von dem Pumpband relaxieren die Ionen durch Phononenwechselwirkungen schnell auf das obere Laserniveau. Von diesem oberen Laserniveau erfahren die Neodym-Ionen eine relativ langsame Fluoreszenz auf das niedrigere Energieniveau. Von diesem zuletzt genannten Niveau erfolgt eine letzte, schnelle Phononenrelaxation in den Grundzustand. Diese zuletzt genannte schnelle Relaxation in einem Vierniveau-Läsersystem des in der Fig. 5a dargestellten Typs ist vorteilhaft, da die schnelle Phononenrelaxation zwischen dem niedrigeren Energieniveau und dem Grundzustand ein praktisch leeres unteres Energieniveau liefert. Diese Eigenschaft ist in Fig. 5b dargestellt, in der die Besetzungsdichten in dem Pumpband, dem oberen Laserniveau, dem unteren Energieniveau und dem Grundzustand für eine Nd:YAG-Faser während fortlaufendem Pumpen gezeigt sind. Da die Fluoreszenzrate zwischen dem oberen Läserniveau und dem unteren Energieniveau relativ langsam im Vergleich zu der Phononenrelaxation zwischen dem Pumpband und dem oberen Laserniveau sowie zwischen dem unteren Energieniveau und dem Grundzustand ist, ist die Besetzungsdichte in dem oberen Laserniveau wesentlich höher als die in dem unteren Energieniveau, was ein hohes Inversionsverhältnis ergibt. Die durchschnittliche Lebensdauer von Neodym-Ionen in dem oberen Laserniveau vor einer spontanen Fluoreszenz beträgt 230 Mikrosekunden.
• Fig. 4 stellt die verschiedenen Energiezustände eines Nd:YAG-Materials sowie den Laserübergang für dieses Material detaillierter dar.
• Ein Eingangslichtsignal mit der Laserübergangswellenlänge (1,064 Mikrometer), d. h. der Wellenlänge von Licht, das durch die Nd:YAG-Ionen während der Relaxation zwischen dem oberen Laserniveau und dem unteren Energieniveau emittiert wird, das durch die angeregte Laserfaser 14 (Fig. 1) wandert, triggert die Emission von stimulierten Photonen mit der gleichen Frequenz, kohärent mit dem Signal, wodurch das Signal verstärkt wird. Somit bewirkt der Durchgang von Licht bei dieser Frequenz eine photonenemittierende Relaxation zwischen dem oberen Laserniveau und dem unteren Energieniveau aus Fig. 5a in Phase mit dem zu verstärkenden Lichtsignal, wodurch sich eine effektive Verstärkung für das Eingangslichtsignal ergibt.
• Die Verstärkung, die in dem Verstärker dieser Erfindung erzielt werden kann, ist von der Dichte der invertierten Neodym-Ionen-Besetzung innerhalb des Nd:YAG-Kristalls abhängig. Anfänglich ist die sich ergebende Inversionsbesetzung durch die Gitterstruktur des - YAG-Materials selbst begrenzt, da das Nd:YAG-Material Yttrium-Atome mit Neodym- Atomen in dem Kristallgitter ersetzt. Nur ungefähr ein Yttrium-Atom in jeweils hundert Yttrium-Atomen kann durch ein Neodym-Ion ersetzt werden, ohne die Gitterstruktur des Nd:YAG-Materials zu verzerren.
• Theoretische Berechnungen des kleinen Verstärkungssignals g&sub0; des Verstärkers dieser Erfindung können unter Verwendung der Beziehung g&sub0; =σΔN vorgenommen werden, wobei a der stimulierte Emissionsquerschnitt ist, für Nd:YAG 8,8·10¹&sup9; cm², und wobei ΔN die Besetzungsinversionsdichte ist, die gegeben ist durch:
• ΔN = Pp/V η&sub1; η&sub2; tsp/hν (1)
• wobei Pp die absorbierte Pumpleistung ist, V das Kristallvolumen ist und somit Pp/V die absorbierte Pumpleistung pro Einheit Faservolumen ist, tsp die spontane Strahlungslebensdauer ist, d. h. die 230 Mikrosekunden Fluoreszenz-Relaxationszeit der Neodym-Ionen, η&sub1; der effektive spektrale Überlapp des Pumpausgangs mit einer Nd:YAG-Absorptionslinie ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, η&sub2; gleich der Quanteneffizienz der 1,06 Mikrometer Fluoreszenz ist, nämlich 0,63, und hν gleich der Energie eines Pumpphotons ist.
• Eine Kombination der obigen Beziehungen liefert:
• g&sub0; = σPp/V η&sub1; η&sub2; tsp/hν (2)
• für die Abhängigkeit der Verstärkung von der Pumpleistung. Zu beachten ist, daß der Wert Pp die absorbierte Pumpleistung ist und daß eine Erhöhung der Länge der Fasern nicht unbedingt die Verstärkung erhöht. Wenn die Länge der Fasern ausreicht, daß die Pumpstrahlung durch die Nd:YAG-Faser über eine Länge hindurchläuft, die ausreicht, daß die Faser die Pumpstrahlung vollständig absorbieren kann, dann kann somit der Wert Pp in dieser Gleichung durch das Eingangsleistungsniveau ersetzt werden. Für einen typischen Wert von η&sub1; = 0,5 ergibt sich, daß g&sub0; = 0,01 db ist, für Pp=1 Milliwatt in einer Einkristallfaser 14, die einen Durchmesser von 120 Mikrometer hat. Um die Nettoverstärkung zu erhalten, muß man von g&sub0; jedoch die Faserfortpflanzungsverluste bei 1,06 Mikrometer abziehen. Ein Faserverlust von 100 db pro Kilometer würde die Verstärkung um nur 0,001 db pro Zentimeter reduzieren. Wenn die gesamte Länge des Verstärkers relativ kurz gehalten werden kann, wie durch eine Aufrechterhaltung eines großen Einfallswinkels für den Strahl 28 innerhalb des Verstärkers (Fig. 1), während noch im wesentlichen die gesamte Eingangspumpleistung absorbiert wird, können somit die Fortpflanzungsverluste innerhalb des Verstärkers auf einem' niedrigen Niveau gehalten werden.
• Die Pumpleistungsdichte kann mit gegenwärtig erhältlichen lichtemittierenden Dioden auf einem relativ hohen Niveau gehalten werden. Tatsächlich sind LEDs mit langer Lebensdauer erhältlich, die bei einer Stromdichte von ungefähr 1,000 A pro cm² arbeiten und eine Strahlung von ungefähr 5 Watt/sr·cm² haben, und es wurde von LEDs mit einer Strahlung von ungefähr 50 Watt/sr·cm² berichtet. Die zuerst genannte könnte ungefähr 1 Milliwatt Leistung in eine YAG-Faser mit einem Durchmesser von 100 Mikrometer koppeln, und die zuletzt genannte könnte ungefähr 10 Milliwatt in die gleiche Faser koppeln. Diese relativ große Leistung ist aufgrund des großen Brechungsindex von YAG möglich, was zu einem Aufnahmehalbwinkel von 57º (oder 2,8 sr) führt. Mit diesen Werten für die Pumpleistung wird die Verstärkung zu 0,01 bis 0,1 db pro Zentimeter Länge der Faser 14. Die obigen Ergebnisse beziehen sich auf YAG-Fasern, die in Luft betrieben werden. Wenn die Faser mit Glas umhüllt wäre (N ungefähr gleich 1,5), würde der Aufnahmewinkel ungefähr 1 sr werden und die oben genannten Werte der Pumpleistung und der Signalverstärkung würden um einen Faktor von 2,8 reduziert werden.
• Mit Laserdioden ist es möglich, größere Werte der Pumpleistung in die Faser 14 zu konzentrieren. In jedem Fall kann man die Einspeisung eines Pumpsignals in eine Faser betrachten, das eine durchschnittliche Leistung von etwa 30 Milliwatt hat, was einer Signalverstärkung von 0,3 db in einer Faser mit einem Durchmesser von 120 Mikrometer und von 1,7 db in einer Faser mit einem Durchmesser von 50 Mikrometer entspricht.
• Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird und unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1, ist es notwendig, um die Nd:YAG-Faser 14 richtig zu pumpen, daß die Pump quellen 24, 26 entweder fortlaufend betrieben oder unmittelbar vor dem Anlegen eines Eingangssignals an die Faser 14 betrieben werden, d. h. gut innerhalb der Fluoreszenz- Relaxationszeit der Neodym-Ionen von 230 Mikrosekunden. Da die Wellenlängen von den Pumpquellen 24 und 26 innerhalb der Nd:YAG-Faser 14 in einer kurzen Absorptionsdistanz absorbiert werden, ist es möglich, die Pumpquellen 24, 26 fortlaufend zu betreiben, ohne die Signalfortpflanzung durch die Faser 14 zu stören und ohne die Gefahr, daß sich die Pumpstrahlung selbst durch die Faser 14 fortpflanzt.
• Unter nochmaliger Bezugnahme auf die Fig. 1 ist zu beachten, daß die Nd:YAG-Faser 14 in dem den Enden 18, 20 benachbarten Bereich, aber außerhalb des Mantels 22, das Signal vor und nach der Verstärkung führt, da der Brechungsindex N&sub1; größer als der der umgebenden Luft ist. Es kann natürlich vorteilhaft sein, die Nd:YAG-Faser 14 in diesen Bereichen zu ummanteln, um Oberflächenverluste zu verringern.
• In ähnlicher Weise führt die Quarzfaser 12 das Licht von den Pumpquellen 24, 26 in dem Bereich hinter dem Mantel 22, da ihr Index N&sub2; größer ist als der der umgebenden Luft. Es ist natürlich möglich, die Quarzfaser 12 in diesem Bereich ebenfalls zu ummanteln, um Oberflächenverluste zu reduzieren, solange wie der Index der in dem Bereich hinter den Enden des Mantels 22 verwendeten Umhüllung niedriger ist als der des Quarz.
• Das Pumplicht von der Quelle 24 neigt dazu, anfänglich benachbart zu dem Ende 18 innerhalb des Verstärkersystems absorbiert zu werden, und somit kann die Länge der Faser 14 von der Quelle 24 nicht einheitlich bestrahlt werden. Dadurch kann die invertierte Besetzung der Neodym-Ionen nicht einheitlich über die Länge 16 verteilt sein. Da dieser nicht einheitliche oder nicht symmetrische Zustand innerhalb des Verstärkers für an dem Ende 18 eingespeiste Signale eine andere Verstärkung liefert wie für an dem Ende 20 eingespeiste Signale (insbesondere wenn diese Signale gleichzeitig auftreten), wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, die Quarzfaser 12 an beiden Enden gleichzeitig mit den Pumpquellen 24, 26 zu pumpen, um sicherzustellen, daß die invertierte Neodym-Ionen-Besetzung symmetrisch über die Länge 16 ist und damit Signale von beiden Enden 18, 20 einheitlich verstärkt.
• Das Phänomen einer verschiedenen Verstärkung für die Faser 14 in verschiedenen Richtungen durchlaufende Signale bei einer nicht symmetrischen Inversionsbesetzung der Neodym- Ionen tritt folgendermaßen in Erscheinung. Während sich ein zu verstärkendes Signal von dem Ende 18 der Faser 14 fortpflanzt, triggert es die Emission stimulierter Photonen innerhalb der Nd:YAG-Faser, während es die Länge 16 durchläuft. Eine derart getriggerte Emission verringert natürlich die Inversionsbesetzung innerhalb der Faser 14. Wenn sich beispielsweise in einem Gyroskop ein Paar Wellen gleichzeitig durch die Faser 14 in entgegengesetzten Richtungen von den Enden 18 und 20 ausbreiten, entleert das an dem Ende 18 eingespeiste Signal die Inversionsbesetzung in der Nähe des Endes 18, bevor das an dem Ende 20 eingespeiste Signal an dem linken Ende der Faser 14 ankommt, wie Fig. 1 zu entnehmen ist. Wenn die Inversionsbesetzung an dem linken Ende der Faser 14 höher ist als an dem rechten Ende, erfährt das an dem Ende 18 eingespeiste Signal eine größere Verstärkung, da es die Inversionsbesetzung entleert, bevor das an dem Ende 20 eingespeiste Signal an dem linken Ende mit hoher Dichte ankommt.
• Die von den Pumpquellen 24, 26 an die Nd:YAG-Faser 14 gelieferte Pumpstrahlung sollte auf einer fortlaufenden Basis ausreichend sein, die entleerte Besetzung innerhalb der Faser 14 zu ersetzen, die auftritt, wenn die Signale verstärkt werden. Beispielsweise in einem Gyroskop, in dem ein Impulssignal durch eine Faser einer Länge von einem Kilometer zirkuliert, durchlaufen die sich in entgegengesetzte Richtung ausbreitenden Signale den in Fig. 1 dargestellten Verstärker somit ungefähr einmal alle fünf Mikrosekunden. Wenn kontinuierliche Pumpquellen 24, 26 verwendet werden, sollten sie eine ausreichende Ausgangsleistung liefern, so daß sie während jeder Periode von fünf Mikrosekunden die Neodym-Ionen- Besetzung zurückinvertieren können, die sich während jedes aufeinanderfolgenden Durchlaufs der Signale relaxiert hat, um eine Besetzung gleich derjenigen, die sich relaxiert hat, derart zurückzuinvertieren, daß der Verstärkungsfaktor oder die Verstärkung des Verstärkers relativ konstant bleiben.
• Fig. 6 zeigt eine andere Querschnittsansicht, ähnlich der Fig. 2, einer Anordnung, die den Mantel 22 aus Fig. 2 nicht verwendet, die aber auf dem Differential zwischen dem Brechungsindex der Nd:YAG-Faser 14 und der Quarzfaser 12 einerseits und dem der umgebenden Luft andererseits basiert, um das Pumplicht und das Signallicht innerhalb des Systems zu führen. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Faser 14 als auch die Faser 12 entlang einer Oberfläche poliert, um ebene äußere Oberflächen 34 und 36 zu bilden, die über die Länge der gewünschten Wechselwirkung, wie beispielsweise die Länge 16 aus Fig. 1, aneinanderstoßen.
• Bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung sollte der Brechungsindex der Nd:YAG-Faser 14 größer sein als der Brechungsindex der Quarzfaser 12, so daß das zu verstärkende Signal gut innerhalb der Faser 14 sowohl durch den Faser-Luft-Übergang als auch durch den Faser- Faser-Übergang geführt wird. Das Pumpsignal innerhalb der Quarzfaser 12 wird andererseits über den Abschnitt ihres Umfangs geführt, der an das umgebende Medium grenzt, aber es wird an der Oberfläche 32 nicht geführt und pflanzt sich somit in die Nd:YAG-Faser 14 fort, um die Neodym-Ionen in der Faser 14 zu pumpen. Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel kann gemäß der Erfindung natürlich auch mit einem umgebenden Mantel, wie beispielsweise dem Mantel 22 aus Fig. 2, versehen sein, wobei der Mantel einen niedrigeren Brechungsindex entweder als die Quarzfaser 12 oder die Nd:YAG-Faser 14 hat. Dieser umgebende Mantel ändert die prinzipielle Betriebsweise der Vorrichtung nicht, aber er beseitigt eine durch Oberflächenunregelmäßigkeiten bewirkte Oberflächenstreuung und trägt somit dazu bei, das Pump- und das Signallicht innerhalb der Grenzen der Fasern 12 und 14 zu halten.
• Damit die Quellen 24 und 26 in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 genügend Strahlung liefern, um eine hohe Inversionsbesetzung innerhalb der Faser 14 aufrechtzuerhalten, könnten die Pumpquellen 24 und 26 Leserquellen sein. Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel gestattet die Anwendung mehrerer Quellen mit niedrigerem Niveau, wie beispielsweise lichtemittierende Diodenquellen, bei einer Serie von Verstärkern, wobei jeder Verstärker ein kleines Maß an Verstärkung an ein sich fortpflanzendes Signal liefert, wobei die Gesamtverstärkung gleich derjenigen ist, die durch den Verstärker der Fig. 1 erzielt wird, jedoch mit dem geringeren Kosten- und Leistungsbedarf von lichtemittierenden Dioden.
• Wie in Fig. 7 dargestellt ist, können mehrere Quarzfasern 12a bis 12e in einer ähnlichen Weise wie in Fig. 1 angeordnet sein, wobei Mäntel 22a bis 22e sowohl die Quarzfasern 12a bis 12e und die einzige langgestreckte Nd:YAG-Faser 14 umgeben. Bei dieser Anordnung können lichtemittierende Dioden 38a bis 38e und 39a bis 39e jeweils an die gegenüberliegenden Enden jeder Quarzfaser 12a bis 12e gekoppelt sein, um Pumpquellen für die Serie der Verstärker mit niedriger Verstärkung zu bilden.
• Entweder bei der Anordnung der Fig. 1 oder bei der der Fig. 7 bildet der Mantel 22 einen großen Hohlraum, der es ermöglicht, daß ein einziger Pumpstrahl ungefähr hundert reflektierende Durchgänge durch die Nd:YAG-Faser 14 in einer Länge von etwa 2 cm macht. Obwohl die Bahn des einzelnen Strahls in seitlicher Richtung durch die Nd:YAG-Faser 14 wesentlich kürzer ist als eine Absorptionslänge in dem Material, gestatten die vielen Durchgänge die Absorption eines wesentlichen Prozentsatzes der Pumpquellenstrahlung innerhalb der Nd:YAG-Faser 14.
• Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung schafft einen Oszillator oder eine Quelle für Strahlung bei der Läserfrequenz der Nd:YAG-Faser, falls die Enden 18 und 20 in geeigneter Weise verspiegelt sind. Indem ein Spiegel an dem Ende 18 der Faser 14 angeordnet wird, der nahezu 100 Prozent der Strahlung mit der Läserfrequenz reflektiert, und indem ein zweiter Spiegel an dem Ende 20 der Faser 14 angeordnet wird, der einen geringeren Prozentsatz der Strahlung mit der gleichen Frequenz reflektiert, kann die in Fig. 1 dargestellte Anordnung als eine Wellenleiter-Leserquelle verwendet werden, wobei kohärente Lichtwellen über die Länge 16 innerhalb der Faser 14 hin und her reflektiert werden und als kohärente Wellenfronten von Licht mit der Leserfrequenz für die Faser durch den teilweise reflektierenden Spiegel an dem Ende 20 emittiert werden.
• Wenn die in Fig. 1 dargestellte Anordnung als eine Strahlungsquelle verwendet wird, können die Pumpquellen 24, 26 Licht mit einem stationären Zustand mit der Pumpwellenlänge abgeben, wobei die Faserquelle in diesem Fall ein kontinuierliches Licht mit einem stationären Zustand abgibt. Wenn das Pumplicht von den Lichtquellen 24, 26 andererseits moduliert ist, kann ein moduliertes Ausgangssignal innerhalb der Anordnung aus Fig. 1 erzeugt werden.
• Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, liefert eine richtige Auswahl der Materialien zur Schaffung von Brechungsindizes, die das zu verstärkende Signal innerhalb der Signalfaser 14 führen, aber das Pumplicht nur innerhalb der gesamten Ummantelung 22 des Verstärkersystems führen, ein kleines Verstärkersystem mit einer relativ großen Verstärkung, in dem mehrere Reflexionen innerhalb einer gesamten Hohlraumstruktur ein seitliches Pumpen der Nd:YAG-Faser 14 ermöglichen, obwohl der Durchmesser dieser Faser 14 sogar wesentlich kleiner ist als die Absorptionslänge des Nd:YAG-Materials bei der Pumpwellenlänge.

Claims (16)

1. Optische Wellenleiter-Einrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht, mit folgenden Merkmalen: - ein erster Wellenleiter (12), der einen ersten Brechungsindex hat; - ein zweiter Wellenleiter (14), der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist, das einen zweiten Brechungsindex hat, der größer ist als der erste Brechungsindex, wobei der zweite Wellenleiter in dichter relativer Nähe zu dem ersten Wellenleiter angeordnet ist, um einen Wechselwirkungsbereich (16) zu bilden; - eine Lichtquelle (24, 26) zum Einspeisen von Licht in den ersten Wellenleiter (12), um das Material des zweiten Wellenleiters (14) zu pumpen; und - ein transparenter Mantel (22), der den ersten und den zweiten Wellenleiter an dem Wechselwirkungsbereich (16) umgibt, um die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter (12) zu dem zweiten Wellenleiter (14) zu ermöglichen, aber um die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter (14) zu dem ersten Wellenleiter (12) zu verhindern, wobei der Mantel (22) einen Brechungsindex hat, der geringer ist als der zweite Brechungsindex aber größer als der erste Brechungsindex.

2. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtsignals in dem zweiten Wellenleiter (14), wobei das Signal eine Emission von kohärentem Licht aus dem lichtverstärkenden Material stimuliert.

3. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach Anspruch 2, bei der das Signal eine Frequenz hat, die gleich einer Laser-Frequenz des Materials des zweiten Wellenleiters (14) ist.

4. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des zweiten Wellenleiters (14) und der Brechungsindex des Mantels (22) bewirken, daß das Lichtsignal in dem zweiten Wellenleiter (14) geführt wird.

5. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des ersten Wellenleiters (12) und der Brechungsindex des Mantels (22) derart gewählt sind, daß sie verhindern, daß das Licht, das in den ersten Wellenleiter (12) eingespeist wird, in dem ersten Wellenleiter (12) geführt wird.

6. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (22) von einem Material umgeben ist, das einen Brechungsindex hat, der geringer als der Brechungsindex des Mantels (22) ist.

7. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wellenleiter (14) aus Nd:YAG-Material gebildet ist.

8. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (12) und der zweite (14) Wellenleiter jeweils entlang einer äußeren Wellenleiteroberfläche (34, 36) poliert sind, und daß die polierten Oberflächen (34, 36) nebeneinander angeordnet sind, um den Wechselwirkungsbereich (16) zu bilden.

9. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24, 26) zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter (12) Licht einer Wellenlänge einspeist, die einer Spitze im Absorbtionsspektrum des Pisterials des zweiten Wellenleiters (14) entspricht.

10. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24, 26) zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter (12) Licht in beiden Richtungen entlang des ersten Wellenleiters (12) einspeist, um das Material des zweiten Wellenleiters (14) symmetrisch zu pumpen.

11. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle zur Einspeisung eines zu verstärkenden Lichtsignals in den zweiten Wellenleiter (14), wobei die dichtquelle (24, 26) zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter (12) das Licht vor der Einspeisung des zu verstärkenden Lichtsignals in den zweiten Wellenleiter (14) einspeist, aber innerhalb der spontanen Relaxationsfluoreszenszeit des lichtverstärkenden Materials.

12. Optische Wellenleiter-Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24, 26) zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter (12) ausreichend Licht einspeist, um eine invertierte Besetzung in dem Material des zweiten lichtverstärkenden Wellenleiters (14) herzustellen, wobei die Besetzung während der Verstärkung des zu verstärkenden Lichtsignals entleert wird.

13. Optische Wellenleiter-Einrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht, mit folgenden Merkmalen: - ein erster Wellenleiter (12) mit einem ersten Brechungsindex; - ein zweiter Wellenleiter (14), der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist und einen zweiten Brechungsindex hat, der großer ist als der erste Brechungsindex, wobei der erste Wellenleiter (12) und der zweite Wellenleiter (14) im wesentlichen ebene äußere Berührungsflächen (34, 36) aufweisen, die nebeneinander, aneinander anstoßend entlang einer ausgewählten Länge der Wellenleiter angeordnet sind, um einen Wechselwirkungsbereich (16) zu bilden, wodurch die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter (12) zu dem zweiten Wellenleiter (14) durch die Oberflächen (34, 36) an der ausgewählten Länge der Wellenleiter ermöglicht wird, um eine Inversion des lichtverstärkenden Materials zu bewirken, und wobei die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter (14) zu dem ersten Wellenleiter (12) verhindert wird; - eine Lichtquelle (24, 26) zur Einspeisung von Licht in den ersten Wellenleiter (12), um das Material des zweiten Wellenleiters (14) zu pumpen; und - der Wechselwirkungsbereich (16) des ersten (12) und des zweiten (14) Wellenleiters ist im wesentlichen von einem transparenten Mantel eines Mediums umgeben, das einen dritten Brechungsindex hat, wobei das Medium derart ausgewählt ist, daß der dritte Brechungsindex geringer ist als der erste und der zweite Brechungsindex, wodurch die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter (12) oder dem zweiten Wellenleiter (14) zu dem Medium verhindert wird.

14. Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht, das folgende Schritte aufweist: - Anordnen eines ersten Wellenleiters (12) mit einem ersten Brechungsindex; - Positionieren eines zweiten Wellenleiters (14), der einen zweiten Brechungsindex hat, der größer ist als der erste Brechungsindex, und der aus einem lichtverstärkenden Material gebildet ist, in dichter relativer Nähe zu dem ersten Wellenleiter (12), um einen Wechselwirkungsbereich (16) zu bilden; - Koppeln einer Quelle für Pumpstrahlung (24, 26) an den ersten Wellenleiter (12), um das Material des zweiten Wellenleiters (14) zu pumpen; - Umgeben des ersten und des zweiten Wellenleiters an dem Wechselwirkungsbereich (16) durch einen transparenten Mantel (22), um die Übertragung von Licht von dem ersten Wellenleiter (12) zu dem zweiten Wellenleiter (14) zu ermöglichen, während die Übertragung von Licht von dem zweiten Wellenleiter (14) zu dem ersten Wellenleiter (12) verhindert wird; und - Auswählen des Brechungsindex des transparenten Mantels (22) derart, daß er geringer ist als der zweite Brechungsindex, aber höher als der erste Brechungsindex.

15. Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Einspeisen eines zu verstärkenden Signals in den zweiten optischen Wellenleiter (14), um eine kohärente Lichtverstärkung des lichtverstärkenden Materials zu stimulieren.

16. Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Koppelns der Pumpstrahlung den Einsatz einer Strahlung bei einer Frequenz aufweist, die ein hohes Absorbtionsniveau in dem Absorbtionsspektrum des lichtverstärkenden Materials aufweist.