DE1200946B - Optischer Sender oder Verstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Hüls

Deutsche KL: 2If-90

Nummer: 1200 946

Aktenzeichen: G 41418 VIII c/21 f

Anmeldetag: 1. September 1964

Auslegetag: 16. September 1965

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker, bei dem ein selektiv fluoreszenter Körper in Form einer Scheibe teilweise von einem Reflektor umgeben ist, der die Strahlung einer Anregungsquelle ausschließlich auf die beiden Stirnflächen der Scheibe lenkt.

Kürzlich ist ein Gerät entwickelt worden, das heute als optischer Sender oder Verstärker bezeichnet wird, das Licht als stimulierte Strahlung verstärkt oder aussendet. Solche optischen Sender oder Verstärker können für viele Zwecke verwendet werden, beispielsweise für Nachrichtenverbindungen, für medizinische Zwecke sowie in der Metallurgie. Der optische Sender ist eine Lichtquelle, die überwiegend Licht in nur einem oder einigen wenigen sehr schmalen Frequenzbändern abgibt. Der optische Sender gibt das Licht, das im sichtbaren oder in der Nähe des sichtbaren Frequenzbereiches des Spektrums liegt, in einem Lichtstrahl ab, der eine außerordentlich geringe Divergenz besitzt. so

Man hat gefunden, daß bestimmte Flüssigkeiten und Gase auf Grund ihrer Eigenschaften als Medien in optischen Sendern oder Verstärkern verwendet werden können. Die höchsten Lichtleistungen lassen sich jedoch erzielen, wenn man als selektiv fluoreszentes Medium für den optischen Sender oder Verstärker einen festen Stoff in Form eines Stabes verwendet. Die Lichtleistung wird dabei im allgemeinen in Joule gemessen. Wenn man dem selektiv fluoreszenten Senderstab Anregungsenergie genau passender Frequenz zuführt, so gibt er diese elektromagnetische Energie, die dann in Form der Besetzung diskreter metastabiler Zustände gespeichert ist, wieder frei. Um dieses stabförmige Medium in einen höherenergetischen, metastabilen Zustand zu bringen, kann man eine Lichtquelle verwenden, die entweder stetig oder als Blitzlampe betrieben werden kann. Anschließend setzt eine stimulierte Emission monochromatischer und kohärenter Strahlung ein, die aus den Enden des selektiv fluoreszierenden Stabes austritt. Die Anregungsenergie wird dann dem selektiv fluoreszierenden Stab mit Vorzug von der Seite her zugeführt, und die Energie, die der selektiv fluoreszierende Stab abgibt, ist seinem Volumen proportional. Der Wirkungsgrad, mit dem die Anregungsenergie zugeführt werden kann, ist der Oberfläche proportional, die für die Absorption der Anregungsenergie zur Verfügung steht. Aus diesen Überlegungen folgt, daß die Ausgangsleistung eines solchen Stabes primär durch die Geometrie und die Größe des Stabes, durch die Art des selektiv fluoreszierenden Mediums sowie durch den Anregungsenergie-Optischer Sender oder Verstärker

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Joseph Paul Chernoch, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. September 1963

(306 424),

vom 25. September 1963

(311517)

betrag bestimmt ist, der in dem Stab absorbiert wird. Man kann jedoch solche Stäbe aus selektiv fluoreszierendem Material nicht beliebig groß machen, da durch die praktischen Schwierigkeiten, die bei der Herstellung großer und langer Stücke aus optisch einwandfreiem, selektiv fluoreszierendem Material auftreten, und durch die mechanischen und thermischen Schwierigkeiten, die mit dem Betrieb so großer Massen aus selektiv fluoreszierendem Material verbunden sind, eine Grenze vorhanden ist, über die hinaus die Größe der bisherigen Stäbe aus selektiv fluoreszierendem Material für optische Sender oder Verstärker nicht gesteigert werden kann.

Ziel der Erfindung ist daher ein optischer Sender oder Verstärker, bei dem die Geometrie des selektiv fluoreszenten Mediums und die Geometrie der Anregung günstiger sind.

Es sind bereits optische Sender oder Verstärker bekannt, bei denen ein Quader aus einem fluoreszenten Kristall mit planparallelen reflektierenden Flächen als optischer Resonator verwendet wird. Die Anregungsenergie wird hierbei in einem konvergenten Strahlungsbündel auf eine oder mehrere Seiten des Quaders geworfen. Die stimulierte Strahlung tritt in einer Richtung senkrecht dazu aus dem quaderförmigen Medium aus. Bei einem solchen optischen

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Sender oder Verstärker ist es schwierig, das Medium F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausgleichmäßig anzuregen, so daß die volle Leistungs- führungsform eines Senderbausteines für einen optifähigkeit des Mediums nicht ausgenutzt werden kann. sehen Sender oder Verstärker nach der Erfindung;

Ein anderer bekannter optischer Sender oder Ver- F i g. 2 ist eine fragmentarische Ansicht einer stärker verwendet eine selektiv fluoreszente Scheibe, 5 anderen Ausführungsform des Senderbausteines;
die zum Zwecke einer Totalreflexion des eingeschlos- F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer weisenen Lichtes die Form einer Kugel oder eines Kugel- teren Ausführungsform eines Senderbausteines;
abschnittes größten Durchmessers aufweist, der durch F i g. 4 ist eine schematische Seitenansicht und zwei symmetrisch zum größten Durchmesser liegende zeigt, wie mehrere Senderbausteine hintereinander parallele Ebene begrenzt ist. In der Nähe dieses io angeordnet werden können, so daß eine Ausführungs-Kugelabschnittes ist eine Fokussierungsvorrichtung form eines optischen Hochleistungssenders entsteht; angeordnet, die eine Bündelung des vom Kristall aus- F i g. 5 ist eine schematische Ansicht von oben und gesandten Lichtes ermöglicht. Die Anregungsenergie zeigt eine andere Ausführungsform eines optischen wird der Kugelscheibe in einem konvergenten Bündel Hochleistungssenders;

über die Stirnflächen zugeführt. Die stimulierte Strah- 15 F i g. 6 ist eine schematische Seitenansicht einer lung tritt senkrecht zur Anregungsrichtung aus dem weiteren Ausführungsform eines optischen Hochsphärischen Rand der Kugelscheibe aus. Auch bei leistungssenders.

diesem optischen Sender oder Verstärker wird nur Die Funktion eines optischen Senders oder Emp-

ein Teil des Mediums ausgenutzt. Weiterhin sind die fängers beruht auf der Tatsache, daß alle atomaren

Forderungen an die geometrische Genauigkeit des 20 und molekularen Systeme diskrete Energiezustände

selektiv fluoreszenten Kugelabschnittes sehr hoch. aufweisen, d. h. daß solche Systeme Energie in vor-

Ein optischer Sender oder Verstärker, bei dem ein gegebenen Energiequanten speichern. Diese charak-

selektiv fluoreszenter Körper in Form einer Scheibe teristischen Energiezustände sind von Element zu

teilweise von einem Reflektor eingeschlossen ist, der Element bzw. von System zu System verschieden. Die

die Strahlung einer Anregungsquelle ausschließlich 25 Grundvoraussetzung für ein Arbeiten als optischer

auf die beiden Stirnflächen der Scheibe lenkt, ist nach Sender oder Empfänger ist ein Material, das be-

der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die An- stimmte Atome enthält, deren Elektronen von ihrem

regungsquelle, die die optische Anregungsenergie in energetischen Grundzustand aus in einen passenden

Form einer ebener. Strahlungsfront an die Scheibe höherenergetischen metastabilen Zustand gebracht

abgibt, in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu 30 werden können. Die Atome werden dabei angeregt,

den Stirnflächen der Scheibe verläuft, aus denen die d. h., die Elektronen dieser Atome werden in höher-

Scheibe die stimulierte Strahlung ein- oder beidseitig energetische metastabile Zustände gebracht, wenn

aussendet. eine elektromagnetische Welle mit der richtigen

Es ist günstig, die Anregungsquelle als ebenes Resonanzfrequenz mit den Atomen in Wechsel-Lampenfeld und den Reflektor als optischen Reso- 35 wirkung tritt. Auf einen Übergang der Elektronen nator auszubilden. Das Lampenfeld kann eine Reihe aus ihrem Grundzustand auf eine energetisch höher von im wesentlichen einander parallelen stabförmigen liegende Energiestufe folgt fast unmittelbar darauf Lampen umfassen. Weiterhin ist es günstig, an den eine Rückkehr der Elektronen in einen darunter-Längskanien des durch die stabförmigen, in Abstand liegenden metastabilen Zustand und von dort ein angeordneten Lampen gebildeten Lampenfeldes und 4° Übergang in den Grundzustand. Dieser zunächst noch zwischen den einzelnen Lampen gleichfalls stabförmig sphärische und noch nicht kohärente Übergang in ausgebildete Reflektoren vorzusehen. den Grundzustand wird als spontane Strahlung be-

Der Vorteil, der sich aus einer solchen Anordnung zeichnet. Ein optischer Resonator bewirkt eine Rückfür einen optischen Sender oder Verstärker ergibt, koppelung solcher anfänglich spontanen Strahlung besteht darin, daß die Anregungsdichte der selektiv 45 und ruft in dem selektiv fluoreszierenden Medium fluoreszenten Scheibe in radialer Richtung gleich- eine kohärente stimulierte Strahlung elektromagneförmig ist, so daß man die Fähigkeiten des Mediums tischer Wellen hervor. Diese stimulierte Strahlung voll ausnutzen kann. Es ist daher eine sehr hohe kann im sichtbaren Bereich des Frequenzbandes lie-Lichtleistung erreichbar, ohne daß die zulässige gen oder auch in der Nähe des sichtbaren Bereiches, Energiedichte innerhalb der selektiv fluoreszenten 50 also beispielsweise im Ultraviolett oder im Infrarot. Scheibe an irgendeiner Stelle überschritten zu werden Wie die Strahlung nun genau aussieht, die von einem braucht. Zur Erhöhung der Lichtleistung genügt es, optischen Sender abgegeben wird, hängt davon ab, den Durchmesser der Scheibe zu vergrößern, was nur welche Eigenschaften das verwendete selektiv fluoresbeschränkt möglich ist, wenn man der Scheibe die zierende Medium besitzt. Welche Leistung nun die Anregungsenergie nicht in einer ebenen Strahlungs- 55 Strahlung besitzt, die ein optischer Sender emittiert, front, sondern in einem konvergenten Strahlungs- bestimmt sich in der Hauptsache aus der Geometrie bündel oder von der Seite her zuführt. und der Größe des verwendeten selektiv fluores-

Wenn die Lichtleistung eines optischen Senders zierenden Mediums sowie aus der optischen Anoder Verstärkers der beschriebenen Art für den be- regungsenergie.

absichtigten Verwendungszweck nicht ausreicht, kann 60 Die Divergenz des von einem optischen Sender

man eine Anordnung aus solchen optischen Sendern emittierten Lichtstrahles ist in der Hauptsache durch

oder Empfängern treffen, bei der die selektiv fluores- die Geometrie des selektiv fluoreszierenden Mediums

zenten Scheiben der optischen Sender mit gemein- und durch die geometrischen Abmessungen des opti-

samer optischer Achse aufeinander ausgerichtet sind. sehen Resonators bestimmt.

Wie nun der optische Sender oder Verstärker nach 65 Die übliche geometrische Gestalt eines selektiv

der Erfindung aufgebaut ist und wie er arbeitet, soll fluoreszierenden Mediums für einen optischen Sender

anschließend in Verbindung mit den Zeichnungen im oder Empfänger weist die Form eines langen Stabes

einzelnen beschrieben werden. auf, der als Zylinder ausgebildet ist und einen kreis-

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förmigen Querschnitt besitzt. Die beiden Enden des eines optischen Senders mit einem so langen Stab Stabes sind mit einem reflektierenden Material über- verbunden sind. Drittens kann das selektiv fluoreszogen, um zwischen den Enden des Stabes einen zierende Medium zerstört werden, wenn die Energieoptischen Resonator herzustellen. Die Vorrichtung, dichte des Lichtes des optischen Senders einen ausmit der dem Stab aus selektiv fluoreszierendem Me- 5 reichend hohen Wert erreicht. Wenn der Langendium die optische Anregungsenergie zugeführt wird, gewinnfaktor des Stabes eines optischen Senders einen ist üblicherweise als eine wendeiförmige Lampe aus- bestimmten Wert überschreitet, tritt viertens eine Begebildet, die um den Stab des optischen Senders her- dingung auf, unter der sich spontane Lawinen bilden, um angeordnet ist. Man kann die Lampe aber auch Dadurch geht die Richtwirkung des Lichtstrahles des gerade ausbilden und sie parallel zum Stab anordnen. io optischen Senders verloren. Auch Temperatur-Wenn man den optischen Sender impulsmäßig be- gradienten, die als Funktion des Stabradius innerhalb treiben will, wird man als Lampe eine Blitzlampe des selektiv fluoreszierenden Mediums beim optischen verwenden. Für stetigen Senderbetrieb wird man auch Anregen auftreten, rufen Verzerrungen in den optidie Lampe stetig betreiben. Der selektiv fluores- sehen Wegen hervor. Diese Temperaturgradienten zierende Stab und die Lampe sind in einem Gehäuse 15 werden durch ein ungleichförmiges Eindringen des enthalten, das ebenfalls eine allgemeine zylindrische Anregungsenergieflusses in das stabförmige Medium Form aufweist. Die innere Oberfläche dieses Ge- hervorgerufen.

häuses ist hochreflektierend ausgebildet. Die Längs- Die Erfindung löst nun die eben geschilderten achsen des Gehäuses und das Stabes verlaufen ein- Schwierigkeiten durch die Verwendung einer Vorander parallel. Wenn die Entladungslampe gezündet so richtung, mit deren Hilfe dem selektiv fluoreszenten hat, wird dem stabförmigen Medium optische An- Medium optische Anregungsenergie mittelbar zuregungsenergie durch seine Seitenflächen hindurch geführt wird, und dadurch, daß das selektiv fluoreszugeführt. Die optische Anregungsenergie, die den zente Medium eine Form aufweist, die für die ErStab erreicht, gelangt in der Hauptsache mittelbar zeugung hoher Ausgangsleistungen besonders gut über eine Reflexion der Strahlung an der reflektieren- 35 geeignet ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein den Innenwandung des Gehäuses von der Lampe in selektiv fluoreszentes Medium in Form eines verhältden Stab. Nur ein geringerer Teil der Strahlung aus nismäßig kurzen zylindrischen Körpers mit verhältnisder Lampe erreicht den Stab unmittelbar ohne mäßig großem Durchmesser, also mit großen Stirn-Zwischenreflexion. Die Strahlungsleistung, die der flächen, verwendet. Der Querschnitt des selektiv optische Sender emittiert, ist durch die auf- 30 fluoreszenten Mediums kann kreisförmig sein, wie es gespeicherte Energie sowie durch die Größe der End- gezeigt ist, er kann jedoch auf Wunsch auch eine flächen des Mediums bestimmt. Wenn man die An- andere Form haben. Die Geometrie wird mit Vorzug regungsenergie sowie die Länge und den Querschnitt so gewählt, daß der Durchmesser des selektiv fluoresdes stabförmigen Mediums vergrößert, kann man zenten Mediums beträchtlich größer als seine Länge höhere Ausgangsleistungen erzielen. Es gibt jedoch 35 (Dicke) ist, so daß das Medium einer Scheibe gleicht, eine Grenze, oberhalb derer eine Vergrößerung des Diese Scheibe 1 ist innerhalb eines Gehäuses 2 geselektiv fluoreszierenden Mediums der bisherigen haltert, das aus Metall hergestellt sein kann. Das Geoptischen Sender nicht mehr zu einer sinnvollen Ver- häuse kann die gleiche allgemeine Form wie das größerung der Ausgangsleistung des optischen Senders Medium haben. Seine innere Oberfläche ist hochführt. Diese Grenze hängt von mehreren Faktoren ab. 40 reflektierend. Die selektiv fluoreszente Scheibe 1 ist Einmal hängt der Teil des selektiv fluoreszierenden derart in das Gehäuse 2 eingesetzt, daß die Längs-Stabes, der angeregt wird, von der Eindringtiefe der achsen senkrecht aufeinander stehen. Die Längsachse anregenden optischen Strahlung ab. Wenn man daher oder die optische Achse der Scheibe 1 ist auf die geden Querschnitt eines selektiv fluoreszierenden Stabes krümmte Mantelfläche 3 des Gehäuses 2 gerichtet und über eine bestimmte Grenze hinaus größer macht, 45 Hegt mit deren Fensteröffnungen 4 und 5 in einer wächst die Ausgangsleistung des optischen Senders Linie. Diese Fensteröffnungen sind etwas größer als nicht mehr mit dem Volumen des selektiv fluores- die Stirnflächen der Scheibe 1. Die Scheibe 1 kann zierenden Stabes an, sondern nur noch mit dem innerhalb des Gehäuses 2 beispielsweise mittels zwei-Durchmesser, da das selektiv fluoreszierende Medium ter Klammerpaare 28 gehaltert sein, die dicht neben ganz innen im Stab nicht mehr ausreichend angeregt 50 den Stirnflächen der Scheibe 1 angeordnet sind und werden kann; d. h., es ist nicht möglich, ganz innen an einem Stab 29 angebracht sind. Der Stab 29 geht im Stab eine ausreichende Besetzungsdichte der ge- dann durch einen abnehmbaren Teil 7 der Bodenwünschten höherenergetischen metastabilen Zustände wand 6 des Gehäuses 2 hindurch. Man kann aber zu erreichen. Außerdem hat der Lichtstrahl, der in auch die beiden Klammerpaare durch eine ringeinem solchen Falle von dem optischen Sender ab- 55 förmige Halterung ersetzen, die den Mantel der gegeben wird, eine hohlzylindrische Gestalt, da eben Scheibe 1 umgibt. Das Gehäuse 2 weist eine Mantelder Stab des Senders innen nicht ausreichend angeregt fläche 3 auf, die kreiszylindrisch dargestellt ist. Diese ist. Wenn man nun zweitens die Länge des Stabes kann aber auch einen elliptischen Querschnitt haben des optischen Senders vergrößert, um eine größere und an beiden Seiten von ebenen und parallelen Oberfläche zu haben, die mit der Blitzlampe in Ver- 60 Bodenwänden abgeschlossen sein. Eine andere Ausbindung treten kann, und um ein größeres Volumen führungsform für das Gehäuse 2 kann aus einer vollzu haben, das angeregt werden kann, so daß man ins- ständigen Hohlkugel bestehen oder aber aus einer gesamt für das Licht des optischen Senders eine Hohlkugel, die zur Verkürzung ihrer Länge links und höhere Energiedichte gewinnt, ist es oberhalb be- rechts von ihrem Äquator von zwei ebenen und stimmter Abmessungen sehr schwierig, optisch ein- 65 parallelen Bodenflächen geschnitten wird, die vom wandfreie Stücke aus selektiv fluoreszierendem Äquator der Kugel gleichen Abstand haben.
Material herzustellen sowie die mechanischen und Um dem scheibenförmigen Medium die notwendige thermischen Probleme zu lösen, die mit dem Betrieb optische Anregungsenergie zuzuführen, sind mehrere

Lampen 8 dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordnet, die in einer Ebene liegen, die durch die Mitte der Scheibe 1 hindurchgeht und auf der optischen Achse der Scheibe 1 senkrecht steht. Die Lampen sind so ausgesucht, daß ihr Licht mit Vorzug in einem schmalen Spektralbereich liegt, um die Lampenleistung in dem Spektralgebiet zu konzentrieren, das zur Anregung des selektiv fluoreszenten Mediums erforderlich ist. Diese Lampen können entweder stetig strahlen oder Blitzlampen sein, je nachdem, ob man einen stetigen oder einen pulsmäßigen Betrieb des optischen Senders wünscht. In der F i g. 1 ist dieses Lampenfeld senkrecht zu den Bodenwänden 6 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Lampen sind innerhalb des Gehäuses an ihren Anschlußenden gehaltert, die durch die beiden abnehmbaren Teile 7 in den Bodenflächen 6 hindurchgehen. Eine Stromquelle, die in der F i g. 4 gezeigt ist und die zur Anregung von Blitzlampen ausgelegt ist, ist mittels Leitungen 9 mit den einen Anschlußenden der Lampen verbunden. Diese Anschlußenden sind gegenüber der zugehörigen Halterung im Teil 7 elektrisch isoliert. Die anderen Anschlußenden der Lampen liegen auf dem Massepotential des Gehäuses 2. Nebeneinanderliegende Lampen sind durch Reflektoren 10 getrennt, die im wesentlichen einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Diese Reflektoren sind so ausgerichtet, daß sie die Strahlung der Lampen auf bestimmte Gebiete der inneren, hochreflektierenden Oberfläche des Gehäuses 2 und von dort auf eine oder auch auf beide Stirnflächen der Scheibe 1 werfen. Wenn die Lampen Blitzlampen sind, können sie ddurch ausreichend mit elektrischer Energie versorgt werden, daß man an sie eine ausreichend hohe Klemmenspannung anlegt. Es ist jedoch günstiger, einen äußeren elektronischen Zündkreis zu verwenden, um die Entladung in den Blitzlampen auszulösen. In diesem Falle dienen die Reflektoren 10 einem doppelten Zweck. Einmal richten sie die Strahlung aus den Lampen auf bestimmte Gebiete der Gehäuseoberfläche, und zum anderen dienen sie als Zündelektroden, um die Entladung in den Lampen auszulösen. Jeder Reflektor weist einen Abschnitt in seiner Mitte auf, der aus einem hochpolierten elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Aluminium, besteht. Die Enden der Reflektoren sind dagegen aus einem elektrisch isolierenden Stoff hergestellt. Die Reflektoren 10 können innerhalb des Gehäuses 2 dadurch gehaltert werden, daß man ihre isolierten Enden aus den abnehmbaren Teilen 7 der Bodenwände 6 herausführt. Ein Zündkreis, der eine verhältnismäßig hohe Spannung abgibt und in der F i g. 4 gezeigt ist. ist über einen elektrisch leitenden Draht 11 angeschlossen, der durch die isolierten Enden der reflektierenden Zündelektroden hindurchgeht. Es ist günstig, wenn man für die beiden äußeren Lampen jeweils noch einen zweiten Reflektor vorsieht, der dann jeweils an den entgegengesetzten äußeren Kanten des Lampenfeldes angebracht ist. Diese beiden zusätzlichen Reflektoren dienen dann dazu, zusätzlich das Licht aus den beiden äußeren Lampen auf eine oder auf beide Stirnflächen der Scheibe 1 zu richten. Wenn es sich um einen optischen Sender für stetigen Betrieb handelt, dienen die Reflektoren 10 im allgemeinen nur dazu, das Licht zu reflektieren. Obwohl man den optischen Senderbaustein auch ohne die Reflektoren 10 betreiben kann, ist ihre Anwesenheit günstig, da durch sie einmal der Wirkungsgrad der Anregung des scheibenförmigen Mediums 1 günstiger wird und da sie zum anderen die Lampen vor einer unmittelbaren Strahlung aus den Nachbarlampen abschirmen, so daß die Lebensdauer der Lampen erhöht wird. Das Lampenreflektorfeld und die selektiv fluoreszente Scheibe sind in getrennten Teilen des Gehäuses untergebracht. Sie sind beide von der Mitte des Gehäuses 10 etwa gleich weit entfernt, um die optische Anregungsenergie aus den Lampen mit einem möglichst guten Wirkungsgrad an die Stirnflächen der Scheibe 1 übergehen zu lassen. Wenn das Gehäuse 2 elliptisch ausgebildet ist, werden das Lampenreflektorfeld und die selektiv fluoreszente Scheibe mit Vorteil in den konjugierten Brennpunkten der Ellipse angeordnet. Da das Lampenfeld eine intensive, ebene Strahlungsfront abgibt, kann man zwischen die Lampen mit den Reflektoren und die selektiv fluoreszente Scheibe (wie es in der F i g. 2 dargestellt ist) ein selektives Filter 33

ao einsetzen, um eine Erwärmung der Scheibe zu vermindern. Man kann aber auch, eventuell zusätzlich, besondere Kühlmaßnahmen, wie einen Kühlluftstrom oder eine Kühlflüssigkeit, verwenden. Die Kühlmaßnahmen sind dann besonders wirkungsvoll, wenn sie auf die Lampen 8 angewendet werden. Das können beispielsweise passende Kühlwassermäntel sein. Man kann auch die Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 2 überwachen, um die Absorption von optischer Anregungsenergie und vom Ausgangslichtstrahl des optischen Senders in dieser Atmosphäre herabzusetzen. Diese Atmosphäre kann man entweder nur in dem Scheibenteil des Gehäuses 2 hervorrufen, man kann aber damit auch das ganze Gehäuse anfüllen. Diese Atmosphäre soll ein homogenes Medium sein,

d. h., sie soll einen einheitlichen Brechungsindex besitzen. Für diese Atmosphäre kann man ein passendes Gas wie beispielsweise Stickstoff verwenden. Man kann das Scheibenteil des Gehäuses auch evakuieren. In diesem Falle sollen die Kühlmaßnahmen im Lampenteil des Gehäuses getroffen werden.

Das Lampenreflektorfeld stellt also eine intensive Lichtquelle dar, deren Ausgangsgröße durch eine oder zwei ebene Strahlungsfronten gekennzeichnet ist. Diese Strahlungsfronten werden einmal oder mehrere Male an der gekrümmten Mantelfläche 3 und an den ebenen Wandflächen 6 des Gehäuses 2 reflektiert und werden schließlich auf die eine oder auch auf beide Stirnflächen der Scheibe 1 gerichtet. Zwischen den Lampen 8 und der selektiv fluoreszenten Scheibe besteht also keine unmittelbare Sichtverbindung.

Die Kombination aus der selektiv fluoreszenten Scheibe, den Reflektoren, den Lampen und dem Gehäuse, wie es oben gerade beschrieben worden ist, stellt ein Gebilde dar, das als ein »optischer Senderbaustein« bezeichnet wird. Als Beispiel für einen »Senderbaustein«, mit dem man im Impulsbetrieb Lichtstrahlen mit einer Energie von bis zu 1000 Joule erzeugen kann, sollen die folgenden Angaben dienen: Der Querschnitt des Gehäuses 2 ist kreisförmig und hat einen Durchmesser von 75 cm. Die Tiefe des Gehäuses beträgt etwa 17,5 cm zwischen den Wandflächen 6. Die innere Oberfläche der Mantelfläche 3 besteht aus poliertem Aluminium und die Wandflächen 6 sind versilberte Glasspiegel. Die selektiv fluoreszente Scheibe 1 ist aus einem Neodymglas hergestellt, weist einen Durchmesser von 15 cm auf und ihre Dicke beträgt 5 cm. Der Stoff, aus dem die selektiv fluoreszente Scheibe hergestellt ist, ist ein

Bor-Lanthan-Glas, das mit l°/o Neodym dotiert ist. optischerAnregungsenergieerzeugt,dieauf mittelbarem In dem Lampenfeld aus F i g. 1 sind fünf übliche, Wege eine oder auch beide Stirnflächen der Scheibe 1 gerade Xenonblitzlampen verwendet, denen sechs anregt. Verwendet man als Gehäuse eine Hohlkugel, reflektierende Zündelektroden zugeordnet sind. Die braucht die Anregungsenergie, um von dem Lampengesamte Energieaufnahme der Lampen liegt größen- 5 feld in die selektiv fluoreszente Scheibe zu gelangen, ordnungsmäßig bei 50 000 Joule. Es soll jedoch be- nur einmal reflektiert zu werden. Das Gehäuse 2 wird merkt werden, daß gerade heute die Entwicklung auf durch ein selektives Glasfilter 33 in zwei Teile unterdem Gebiet der optischen Sender und Verstärker sehr teilt. Dieses Filter filtert dasjenige Frequenzgebiet aus rasch voranschreitet, so daß durch den zu erwarten- der Strahlung des Lampenfeldes heraus, das zum den Wirkungsgrad zukünftiger optischer Sender oder io optischen Anregen der selektiv fluoreszenten Scheibe Verstärker diese Leistungsaufnahme um mindestens nicht brauchbar ist. Durch dieses Filter ist es möglich, eine Größenordnung gesenkt werden kann. Die Stirn- die selektiv fluoreszente Scheibe bei einer niedrigeren flächen der selektiv fluoreszenten Scheibe 1 sind eben, Temperatur zu betreiben. Da das Lampenfeld, das in poliert und mit einer Schicht überzogen, die das der F i g. 2 dargestellt ist, anders aufgebaut ist als das Reflexionsvermögen für die in Frage kommende 15 Lampenfeld aus Fig. 1, muß zur Halterung eine Wellenlänge der Strahlung des optischen Senders andere (nicht gezeigte) Anordnung getroffen werden, herabsetzt. Die Stirnflächen brauchen nicht notwen- Die F i g. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines

digerweise optisch eben zu sein. Das Kriterium ist, Senderbausteins, bei der das Lampenfeld ähnlich wie daß die optische Transmission durch das selektiv in der F i g. 1 aufgebaut ist. Nur sind die Lampen 8 fluoreszente Material gleichförmig ist. Die Strom- ao mit ihren Reflektoren (nicht gezeigt) nun parallel zu Versorgung für die Blitzlampen gibt an die Lampen- den Wandflächen 6 angeordnet, verlaufen also nicht anschlüsse eine Spannung von etwa 4000 Volt ab. mehr senkrecht dazu, wie es in der F i g. 1 dargestellt Die Spannung für die Zündelektroden beträgt etwa ist. In dieser Ausführungsform ist der Querschnitt 20 000 bis 25 000 Volt. Der Lichtstrahl, der in der der selektiv fluoreszenten Scheibe quadratisch oder selektiv fluoreszenten Scheibe erzeugt und durch die 25 rechteckig ausgebildet, also nicht mehr kreisförmig öffnungen 4 und 5 der Mantelfläche 2 emittiert wird, wie in den Ausführungsformen nach den F i g. 1 ist hochgradig parallel gerichtet und kohärent und und 2. Die Ebene des Lampenfeldes mit den Reflekweist eine Wellenlänge von 1,06 μπι im unsichtbaren toren geht durch die Mitte der selektiv fluoreszenten infraroten Spektralgebiet auf. Es ist natürlich voraus- Scheibe hindurch und steht senkrecht auf der Längsgesetzt, daß der Senderbaustein sich innerhalb eines 30 achse der Scheibe, wie es auch in den Ausführungsäußeren optischen Resonators befindet, der beispiels- formen nach den F i g. 1 und 2 beschrieben worden weise durch zwei Reflektoren gebildet sein kann, die ist. Da in der Ausführungsform nach F i g. 3 die Anaufeinander ausgerichtet sind. Solche Reflektoren Ordnung des Lampenfeldes mit den Reflektoren ansind in der F i g. 3 unter den Bezugsziffern 13 und 14 ders als in der Ausführungsform nach F i g. 1 gedargestellt. 35 troffen ist, müssen zur Halterung des Lampenfeldes Die F i g. 2 ist eine fragmentarische Ansicht einer im Gehäuse 2 andere Maßnahmen getroffen werden, anderen Ausführungsform eines optischen Senders. die hier aber nicht gezeigt sind. Eine solche Haltebei der die einzelne Lampe gekrümmt oder kreis- rung kann beispielsweise zwei horizontale hohle förmig ausgebildet ist. In der hier gezeigeten Aus- Stäbe nebst zugeordneten Verbindungen aufweisen, führungsform ist das Gehäuse 2 eine vollständige 40 die an entgegengesetzten Seiten des Lampenfeldes Kugel. Eine solche Kugel kann aber auch in den entlang angeordnet und durch die beiden abnehmanderen, hier beschriebenen Ausführungsformen ver- baren Teile 7 in den Wandflächen 6 hindurchgeführt wendet werden. Das Gehäuse der Ausführungsform sind. Die Leitungsdrähte, die die Blitzlampe mit nach F i g. 2 kann aber auch wie das Gehäuse der elektrischer Energie versorgen, können in einem der Ausführungsform nach F i g. 1 ausgebildet sein. Die 45 beiden hohlen Stäbe enthalten sein, während im Falle gekrümmten Lampen 8 und die zugehörigen ge- eines Impulsbetriebes der Draht, der die Zündkrümmten Reflektoren (nicht gezeigt) sind in einem spannung zuführt, in dem anderen hohlen Stab untergewissen Abstand und parallel zueinander verlaufend gebracht sein kann. Man kann aber beispielsweise in ein und derselben Ebene angeordnet, die durch die auch für die selektiv fluoreszente Scheibe und das Mitte der selektiv fluoreszierenden Scheibe 1 hin- 50 Lampenfeld mit seinen Reflektoren eine gemeinsame durchgeht und auf der optischen Achse dieser Scheibe Halterung verwenden, die vier vertikale Stäbe mit senkrecht steht. In diesem Punkt ist die Anordnung zugeordneten Verbindungen aufweist, die im wesentalso genauso getroffen wie in der Ausführungsform liehen durch die Mitte des Gehäuses 2 hindurchnach Fig. 1. Die spezielle Verwendung von ge- laufen.

krümmten Lampen stellt eine bevorzugte Ausgestal- 55 Von den drei beschriebenen Ausführungsformen tung des Lampenfeldes bezüglich der Stirnflächen der läßt sich die Ausführungsform nach F i g. 1 am einselektiv fluoreszenten Scheibe dar, da dadurch die fachsten herstellen. Die Ausführungsform nach Form des Lampenfeldes und der Scheibe besser auf- F i g. 2 hat dagegen den höchsten optischen Wirkungseinander abgestimmt sind, so daß die optische An- grad, da die optische Anregungsenergie nur einmal regungsenergie mit einem höheren Wirkungsgrad zu- 60 an der inneren Oberfläche des kugelförmigen Gegeführt werden kann. Ebene runde Lampenfelder häuses 2 reflektiert zu werden braucht. Wenn man können aber auch in den anderen, hier beschriebenen den Durchmesser des kugelförmigen Gehäuses relativ Ausführungsformen verwendet werden. Die Ver- zur selektiv fluoreszenten Scheibe immer größer teilung der optischen Anregungsenergie, die in den wählt, ergibt sich der Vorteil, daß die Aberration Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2 erzeugt 65 kleiner wird. In der Ausführungsform mit kugelwird, ist in beiden Ausführungsformen im wesent- förmigem Gehäuse nach F i g. 2 läßt sich auch mit liehen die gleiche. Das heißt, es wird eine ebene, im anderen, aufeinander abgestimmten Raumformen für wesentlichen gleichförmige, sehr intensive Energiefront das Lampenfeld und die selektiv fluoreszente Scheibe

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der gleiche hohe optische Wirkungsgrad erreichen. Schwingungsformen besser auszuwählen, als es mit

Das Lampenfeld und die selektiv nuoreszente Scheibe der Ausführungsform nach F i g. 4 der Fall ist. Die

können also auch beide beispielsweise quadratisch F i g. 5 gibt eine Draufsicht auf einen optischen

sein oder eine andere gewünschte Form besitzen. Resonator eines optischen Hochleistungssenders oder

Die großen Stirnflächen der Scheibe verbessern 5 Empfängers, in dem die einzelnen optischen Sendernicht nur die geometrischen Verhältnisse für die oder Empfängerbausteine mit zylindrischen Gehäusen optische Anregung, sondern erlauben es außerdem, ausgestattet sind, wie es in den F i g. 1 und 3 gezeigt hohe Lichtausgangsleistungen zu erzielen, ohne daß ist. In dieser zweiten Ausführungsform wird der Resodie Energiedichte innerhalb des selektiv fluoreszenten nator des optischen Senders oder Verstärkers von geMediums diejenige Grenze erreicht oder überschreitet, ίο kreuzten 90°-Dachkantprismen 15 und 16 begrenzt, von der ab das Medium zerstört werden kann. Die wobei die Dachkanten der beiden Prismen gegenein-Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kön- ander in der optischen Achse um 90° verdreht sind, nen zu Systemen, wie beispielsweise zu einem opti- Die Lichtenergie aus dem optischen Sender oder Verschen Hochleistungssender oder zu einem optischen stärker wird aus dem optischen Resonator mit Hilfe Leistungsverstärker, zusammengefaßt werden. Die 15 eines teilweise durchlässigen Spiegels 17 ausgekoppelt, F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform eines optischen der gegenüber der optischen Achse der selektiv Hochleistungssenders, der mehrere Senderbausteine fluoreszenten Medien um einen bestimmten Winkel aufweist. Jeder Senderbaustein ist dabei mit daneben geneigt ist. Der Spiegel 17, der üblicherweise als angeordneten Senderbausteinen optisch gekoppelt. Strahlteiler bezeichnet wird, ist zwischen einen opti-Die Senderbausteine sind starr auf einer Grundplatte 20 sehen Sender- oder Verstärkerbaustein, der am Ende 12 gehaltert, die als optische Bank ausgebildet ist. des Leistungssenders oder Verstärkers angeordnet ist, Die öffnungen 4 und 5 sind aufeinander ausgerichtet, und das benachbarte Dachkantprisma eingesetzt. Bei so daß auch die selektiv fluoreszenten Scheiben 1 auf- dieser Anordnung kann der Lichtstrahl des optischen einander ausgerichtet sind. Die Bausteine sind aus- Senders oder Verstärkers in zwei Richtungen emittiert reichend weit voneinander entfernt, um das Auftreten 25 werden, die gegenüber der optischen Achse der selekspontaner Lawinen seltener 2x1 machen, die bei opti- tiv fluoreszenten Scheibe einen gewissen Winkel bilschen Sendern oder Empfängern mit langen, stab- den. Man kann noch ein drittes Dachkantprisma dazu förmigen Medien auftreten können. Wenn man verwenden, um den Lichtstrahl nur in einer dieser mehrere optische Senderbausteine in Serie hinterein- beiden Richtungen zu emittieren, wie es durch die ander anordnet und an jedem Ende dieser Anordnung 30 Pfeile angedeutet ist. Eine Verbesserung der Bündeeinen äußeren Reflektor verwendet, erhält man einen lung der Strahlen erreicht man durch eine Drehung optischen Hochleistungssender. Die beiden äußeren der Prismen 15 und 16 um Achsen, die durch die Reflektoren grenzen einen optischen Resonator ab Dachkanten 19 der Prismen definiert sind. Der Dreh- und sind die einzigen Bauteile, die einer genauen winkel wird so eingestellt, daß die achsennahen Einstellung bzw. Ausfluchtung bedürfen. Wenn die 35 Schwingungsformen in den kritischen Winkel der in den optischen Resonator eingesetzten selektiv Totalreflexion an den inneren Oberflächen der Prisfluoreszenten Scheiben nicht ausgefluchtet sind, kön- men fallen. Die achsenfernen Schwingungsformen, die nen sie, da sie planparallele Platten sind, die linear die Divergenz des Strahles verursachen, liegen dann polarisierten stehenden Wellen innerhalb des opti- nicht mehr im kritischen Totalreflexionswinkel, sehen Resonators trotzdem nicht stören. Die selektiv 40 Strahlung dieser Schwingungszustände werden daher fluoreszenten Scheiben brauchen also bezüglich des nicht mehr total reflektiert, sondern gehen direkt optischen Resonators nicht ausgerichtet zu sein. In durch die Prismen hindurch. Auf diese Weise wird manchen Anwendungen können sie sogar gegenüber eine hochgradige Unterdrückung störender Schwindem optischen Resonator mit Absicht verkantet sein. gungsformen erreicht, so daß sich ein Lichtstrahl mit Die äußeren Reflektoren, die in der F i g. 4 gezeigt 45 einer Divergenz von weniger als einer Bogenminute sind, bestehen einmal aus einem total reflektierenden erzielen läßt. Der optische Resonator mit gekreuzten Prisma 13, das ein übliches 90°-Dachkantprisma sein Dachkantprismen bietet weiterhin den Vorteil, daß kann, und am anderen Ende aus einem teildurch- er von selbst abgeglichen ist, daß er also zum Ablässigen ebenen Spiegel 14, der mit einer dielektri- gleich keiner kritischen Einstellungen mehr bedarf, sehen Schicht überzogen ist. In dieser dargestellten 50 Außerdem gewinnt der optische Resonator durch die Ausführungsform reflektiert das 90°-Dachkantprisma Totalreflexion an den inneren Oberflächen der Prisden scharf parallelen Lichtstrahl des optischen Sen- men an Güte, so daß sich für die stimulierte Strahlung ders auf den ebenen Spiegel 14 am anderen Ende des höhere Energiedichten als mit Resonatoren mit aus optischen Resonators. Von diesem ebenen Spiegel 14 vielen dielektrischen Schichten bestehenden Spiegeln tritt dann der Lichtstrahl nach außen, wie es durch 55 erreichen lassen.
die Pfeile angedeutet ist. Eine dritte Ausführungsform eines optischen

Wenn man keine zusätzlichen Maßnahmen trifft, Hochleistungssenders verwendet mehrere Senderum räumliche Schwingungsformen auszuwählen, kön- oder Verstärkerbausteine, deren einzige Aufgabe die nen in dem optischen Leistungssender nach Fig. 4 Leistungsverstärkung ist. Die Fig. 6 zeigt diese Anbei hohen optischen Anregungsenergien eine Anzahl 60 Ordnung, in der die einzelnen Bausteine nun nicht achsenentfernter, divergenter räumlicher Schwin- mehr in ein Gebilde eingesetzt sind, das bisher als ein gungsformen auftreten. Diese achsenentfernten optischer Resonator bezeichnet wurde. Das heißt, die Schwingungsformen kann man weitgehend unter- einzelnen Bausteine sind nicht mehr an ihren Enden drücken, wenn man die Reflektoren 13 und 14 des durch äußere Spiegel abgeschlossen. In der F i g. 6 optischen Resonators möglichst weit voneinander 65 werden die einzelnen Bausteine dazu verwendet, die entfernt aufstellt. Eine zweite Ausführungsform eines Ausgangsleistung eines optischen Senders 30 zu veroptischen Hochleistungssenders, die in der F i g. 5 ge- stärken, der nur eine verhältnismäßig geringe Leistung zeigt ist, bietet nun die Möglichkeit, räumliche abgibt. Der optische Sender 30 kann bekannt auf-

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gebaut sein. Er kann beispielsweise ein Güte ge- Zündelektroden 10 mit einer verhältnismäßig hohen steuerter »Q-Schaltungs-Sender« sein, der ein dreh- Spannung erregt, weist eine Batterie 24, einen Konbares Prisma 31 aufweist, das auf das eine Ende eines densator 25, einen Schalter 26 sowie einen Aufwärtsselektiv fluoreszenten Stabes 32 hin ausgerichtet ist. transformator 27 auf. Daher entsteht immer dann, Dieses Prisma wird gedreht, so daß Intervalle ent- 5 wenn der Schalter 26 angeschlossen wird, an den stehen, in denen der Lichtstrahl, der in dem optischen Ausgangsklemmen des Transformators 27 ein Span-Sender 30 erzeugt wird, einmal reflektiert und zum nungsimpuls mit einer Amplitude zwischen 20 000 anderen nicht reflektiert wird. Die Divergenz des und 25 000 Volt. Diese Spannung am Transformator Lichtstrahles, den der optische Sender 30 abgibt, ist 27 ionisiert das Gas innerhalb der Blitzlampen, so außerordentlich gering, da die verhältnismäßig ge- ίο daß das Gas elektrisch leitend wird und eine Entringe Ausgangsleistung des optischen Senders 30 die ladungsstrecke entsteht, über die die Energie abVerwendung von Vorrichtungen zur Unterdrückung fließen kann, die in den Kondensatoren 22 gespeistörender räumlicher Schwingungsformen erlaubt. chert ist. Die Entladung der Kondensatoren 22 durch Das kann beispielsweise eine Strahlblende sein, die in die Induktivitäten 23 erzeugt einen Impuls elekdem gemeinsamen Brennpunkt zweier Sammellinsen 15 irischer Energie, der den Blitzlampen aufgeprägt wird eingesetzt ist, die voneinander einen gewissen Abstand und dadurch in den Blitzlampen einen sehr intensiven haben. Für höhere Leistungen sind solche Maß- Lichtimpuls hervorruft. Die Blitzlampen regen danahmen nicht geeignet. Die Divergenz des Licht- durch ihre zugehörigen selektiv fluoreszente Scheibe Strahles des optischen Senders wird weiterhin dadurch über die Stirnflächen optisch an, die ihrerseits daraufvermindert, daß der Querschnitt des Lichtstrahles 20 hin einen Lichtimpuls in Form eines scharf parallelen vergrößert wird, so daß er die Stirnflächen der selek- Strahles kohärenten Lichts von den Stirnflächen abtiv fluoreszenten Scheiben eines jeden optischen Ver- strahlt. Um die Darstellung in der F i g. 4 zu vereinstärkerbausteines vollständig bedeckt. Mit dieser An- fachen, sind nicht alle elektrischen Verbindungen einordnung läßt sich eine Strahldivergenz erreichen, die gezeichnet worden. Es soll aber bemerkt werden, daß in der Größenordnung von Bogensekunden liegt. Der 35 jede Blitzlampe und jede Zündelektrode in jedem Wirkungsgrad der Anordnung nach F i g. 6, die aus Baustein an eine elektrische Stromversorgung aneinem optischen Sender und mehreren optischen geschlossen sind. Im allgemeinsten Fall werden eine Leistungsverstärkern besteht, läßt sich noch durch Gleichstromversorgung und so viele Kondensatorentverschiedene Maßnahmen erhöhen. Um die gesamte ladungsschaltkreise verwendet, wie es der Zahl der Energie, die in den selektiv fluoreszenten Scheiben 30 verwendeten Blitzlampen entspricht, und alle Zündgespeichert ist, wieder freizusetzen, sollten die selek- elektroden werden gleichzeitig angesteuert, tiv fluoreszenten Scheiben in der Sättigung betrieben Aus der vorstehenden Beschreibung geht also herwerden. Das kann man einmal dadurch erreichen, vor, daß die Erfindung einen neuartigen optischen daß man die Zahl der hintereinandergesetzten opti- Sender oder Verstärker beinhaltet, in dem das selektiv sehen Bausteine erhöht, so daß die Bausteine am 35 fluoreszente Medium ein verhältnismäßig kurzer Lichtaustrittsende der Anordnung in die Sättigung zylindrischer Körper mit verhältnismäßig großen gebracht werden, oder dadurch, daß man eine opti- Stirnflächen ist, und daß die optische Anregungssche Mitkopplung vorsieht, die von dem optischen energie dem selektiv fluoreszenten Medium über die Sender 30 geringer Lichtleistung unabhängig bzw. ge- Stirnflächen her auf dem mittelbaren Wege von einem trennt arbeitet. 4° ebenen Lampenfeld zugeführt wird. Mit dieser AnWenn man den optischen Sender der Verstärker Ordnung läßt sich der Fluß der optischen Anregungsstetig betreibt, werden die Lampen 8, die dann eben- energie im wesentlichen gleichförmig gestalten, und falls stetig Licht abgeben, an eine Gleichstromquelle außerdem erzielt man auf diese Weise eine optische passender Spannung angeschlossen. Eine solche Kopplung von hohem Wirkungsgrad. Mit diesem Gleichstromquelle passender Spannung kann wie 45 scheibenförmigen Medium läßt sich ein hochenerüblich aufgebaut sein. In einem plusmäßig betriebe- getischer Strahl elektromagnetischer Strahlung ernen optischen Sender oder Verstärker sind die Lam- zielen, insbesondere dann, wenn man im Pulsbetrieb pen 8 in jedem Baustein Blitzlampen, die an eine arbeitet. Ein Baustein für einen optischen Sender oder übliche Gleichstromquelle angeschlossen sind, der Verstärker, der eine selektiv fluoreszente Scheibe von Kondensatorentladungsschaltkreise nachgeschaltet 50 5 cm Dicke und 15 cm Durchmesser aufweist, ist in sind. Eine solche Gleichstromquelle ist schematisch der Lage, einen Lichtstrahl mit einer gesamten Enerin der Fig. 4 dargestellt. Die Spannung der Gleich- gie von etwa 1000 Joule abzugeben. Dieser Energiestromquelle 20 kann beispielsweise zwischen 0 und pegel läßt sich wesentlich erhöhen, wenn man mehrere 5000VoIt einstellbar sein. Sie kann entweder mit Bausteine für optische Sender oder Verstärker einer inneren Strombegrenzung arbeiten, oder es 55 hintereinander anordnet und sie optisch miteinander können in die Stromkreise, die eine jede Blitzlampe koppelt. Wenn man also beispielsweise zehn solcher mit der Gleichstromquelle verbinden, äußere Strom- Bausteine für optische Sender oder Verstärker hinterbegrenzungswiderstände 21 eingesetzt werden. Ein einander anordnet, läßt sich ein Lichtstrahl von etwa Kondensatorentladungsschaltkreis, der Konden- 10 000 Joule erzielen. Da die Energie eines Lichtsatoren 22 und kleine strombegrenzende Induktivi- 60 Strahles aus einem optischen Sender oder Verstärker täten 23 aufweist, regelt die Energiemenge für die dem Volumen des selektiv fluoreszenten Mediums Lampe sowie die Zeitdauer, während der die Energie unmittelbar proportional ist und da es einfach ist, der Lampe zugeführt wird. Wenn die Zündelektroden selektiv fluoreszentes Material in Form von Scheiben 10 erregt werden, sorgen sie für eine gleichmäßige herzustellen, deren Durchmesser in der Größen-Ionisation des Gases in den Blitzlampen, so daß auch 65 Ordnung von 1 m liegen, kann eine wesentlich größere die den Lampen zugeordneten selektiv fluoreszenten Menge von selektiv fluoreszentem Material optisch Scheiben gleichförmig entlang ihrer Stirnflächen angeregt werden, so daß man über stimulierte Strahoptisch angeregt werden. Der Schaltkreis, der die lung oder selektive Fluoreszenz Lichtstrahlen außer-

ordentlich hoher Energie sowie extrem kleiner Divergenz gewinnen kann. Das Volumen der selektiv fluoreszenten Scheibe ist auf diese Weise keinen Beschränkungen mehr unterworfen, wie es bei selektiv fluoreszenten Medien in Form langer Stäbe der Fall 5 ist. Weiterhin ist es auf Grund der scheibenförmigen Gestalt des selektiv fluoreszenten Mediums nicht mehr notwendig, das Material hochgradig homogen herzustellen, da örtliche Schwankungen des Brechungsindex durch weiteres Polieren der deformierten Oberfläche ausgeglichen werden können. Schließlich sind die Temperaturverteilung und die Besetzungsdichte der metastabilen Zustände als Funktion des Scheibenradius wesentlich gleichförmiger als im Falle eines langen Stabes aus selektiv fluoreszentem Material. In Längsrichtung der Scheibe treten zwar Änderungen in der Temperaturverteilung sowie Änderungen der Besetzungsdichte der metastabilen Zustände auf, jedoch werden durch solche Schwankungen die Wellen- bzw. Phasenfronten längs des Durchmessers der Scheibe nicht beeinträchtigt.

Es sind drei verschiedene Ausführungsformen eines Bausteines für einen optischen Sender oder Verstärker sowie drei Serienanordnungen aus solchen Bausteinen beschrieben worden. Es soll jedoch bemerkt werden, daß manche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß die Anordnung die Merkmale der Erfindung verliert. So braucht man beispielsweise die reflektierenden inneren Oberflächen der Gehäuse nicht als stetig gekrümmte Oberflächen auszubilden, wie es beschrieben worden ist. Man kann vielmehr auch zahlreiche schmale, ebene Spiegel verwenden. Diese Anordnung hat den Vorzug, daß die Konzentration der Lampenstrahlung auf die Stirnflächen der selektiv fluoreszenten Scheibe einstellbar ist. Man kann weiterhin die selektiv fluoreszente Scheibe entweder von einer Stirnfläche oder auch von beiden Stirnflächen her anregen. Man kann außerdem die Lampen kühlen, mit beliebigen Gasen und Drücken arbeiten und mit selektiven FiI-tern die selektiv fluoreszenten Medien von den Lampen trennen. Diese Maßnahmen kann man einzeln oder auch in Kombination treffen. Wenn man den optischen Sender oder Verstärker stetig betreibt, müssen sowohl die Scheibe als auch die Lampen gekühlt werden (die dann beispielsweise Bogenlampen sein können). Die Divergenz des Lichtstrahles des optischen Senders oder Verstärkers kann weiterhin dadurch eingestellt werden, daß man zwischen die einzelnen Bausteine Vorrichtungen einsetzt, die die optischen Schwingungszustände beeinflussen. Man kann auch noch eine immer größere Anzahl von einzelnen Bausteinen für einen optischen Sender oder Verstärker in gegenseitiger optischer Wechselwirkung hintereinander anordnen und auf diese Weise die Energie des über stimulierte Strahlung oder selektive Fluoreszenz erzeugten Lichtes bis auf einen Betrag steigern, der so hoch ist, daß die selektiv fluoreszenten Scheiben gerade noch nicht zerstört werden. Schließlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Neodym als selektiv fluoreszentes Material beschränkt. Vielmehr können auch andere selektiv fluoreszente feste Stoffe verwendet werden, für die Rubin ein bekanntes Beispiel ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker, bei dem ein selektiv fluoreszenter Körper in Form einer Scheibe teilweise von einem Reflektor umgeben ist, der die Strahlung einer Anregungsquelle ausschließlich auf die beiden Stirnflächen der Scheibe lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsquelle, die die optische Anregungsenergie in Form einer ebenen Strahlungsfront an die Scheibe abgibt, in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu den Stirnflächen der Scheibe verläuft, aus denen die Scheibe die stimulierte Strahlung ein- oder beidseitig aussendet.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsquelle als ebenes Lampenfeld und der Reflektor als optischer Resonator ausgebildet ist.

3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lampenfeld eine Reihe von im wesentlichen einander parallelen stabförmigen Lampen umfaßt.

4. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längskanten des durch die stabförmigen, in Abstand angeordneten Lampen gebildeten Lampenfeldes und zwischen den einzelnen Lampen gleichfalls stabförmig ausgebildete Reflektoren vorgesehen sind.

5. Anordnung aus mehreren in einer Reihe hintereinanderliegenden optischen Sendern oder Verstärkern nach den Ansprüchen 1 bis 3, deren fluorenszente Scheiben mit gemeinsamer optischer Achse aufeinander ausgerichtet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1152 193;
französische Patentschrift Nr. 1 298 106.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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