DE1175792B - Modulationsvorrichtung fuer einen optischen Sender oder Verstaerker mit einem selektiv fluoreszenten Medium - Google Patents
Modulationsvorrichtung fuer einen optischen Sender oder Verstaerker mit einem selektiv fluoreszenten MediumInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: H Ol r;
Nummer:
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Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
H05b
Deutsche Kl.: 2If-90
C 30289 VIII c / 21 f
27.Juni 1963
13. August 1964
Die Erfindung bezieht sich auf eine Modulationsvorrichtung für einen optischen Sender oder Verstärker
mit einem selektiv fluoreszenten Medium, das axial zwischen zwei einander gegenüberstehenden
parallelen Spiegelflächen angeordnet ist.
Die Modulation von auf selektiver Fluoreszenz beruhender Strahlung ist an sich bekannt. Es könnte
in bestimmten Fällen von Bedeutung sein, einen optischen Sender oder Verstärker zu erhalten, bei
welcher die Richtung des selektiv fluoreszenten Strahles mittels elektrischer Kreise steuerbar ist. Die
unter dem Namen »Laser« bekannten Lichtquellen, die ein monochromatisches und kohärentes Licht
abgeben, sind insbesondere zur Erzielung großer Ausgangsleistungen in der Radartechnik und in der
Fernmeldetechnik von Bedeutung. Zur Zeit kann man jedoch die Richtung der Strahlung nicht durch
andere Mittel als durch mechanische Mittel einstellen.
Erfindungsgemäß wird eine Richtungsmodulation des selektiv fluoreszenten Strahles dadurch ermöglicht,
daß das Reflexionsvermögen wenigstens eines der beiden Spiegel in einem bestimmten Bereich seiner
Fläche zeitlich derart durch Vorschalten einer Kerr-Zelle veränderlich gemacht wird, daß nur die
zugeordneten entsprechenden Querschnittsbereiche des selektiv fluoreszenten Mediums wahlweise emittieren
können, und zudem wird der Strahl eines jeden Teilbereichs mittels einer außen zugeordneten
Optik in einem anderen Winkel abgelenkt.
In vorteilhafter Weise kann die optische Achse des selektiv fluoreszenten Kristalls senkrecht zu seiner
Längsachse und zur Ausbreitungsrichtung seiner Strahlen stehen, und die mittlere Polarisationsrichtung
der dem Spiegel vorgeschalteten Kerr-Zelle kann um 45° gegenüber der optischen Achse des
Kristalls verdreht sein, und die mit einer doppelbrechenden Flüssigkeit arbeitende Kerr-Zelle kann
einem sich zeitlich ändernden inhomogenen elektrischen Feld ausgesetzt sein. Auf diese Weise kann
in steuerbarer Weise das Reflexionsvermögen zeitlich geändert werden. Die Kerr-Zelle kann parallel
zur Längsachse des selektiv fluoreszenten Kristalls von leitenden Gittern durchzogen sein. Die Kerr-Zelle
kann aber auch Teil eines Zylinders mit einem kreissektorförmigen Querschnitt sein, wobei die eine
Elektrode von dem Zylindermantelausschnitt und die andere von der Keilschneide gebildet wird und
wobei der Kreissektor eine solche Größe aufweist, daß die Projektion des kreisförmigen Querschnittes
des Kristalls von dem Sektor eingeschlossen wird. Jedem Spiegel kann eine solche Kerr-Zelle zugeord-Modulationsvorrichtung
für einen optischen
Sender oder Verstärker mit einem selektiv
fluoreszenten Medium
Sender oder Verstärker mit einem selektiv
fluoreszenten Medium
Anmelder:
CSF - Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Prinz,
Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsberger Str. 19
Als Erfinder benannt:
Guy Mayer, Paris
Guy Mayer, Paris
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 29. Juni 1962 (902 435)
net sein, und die eine mittlere Polarisationsebene einer Kerr-Zelle kann der senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
des Lichtes dienenden optischen Achse des Kristalls um 45° vorausgehen, und die andere
Polarisationsebene kann dagegen um 45° hinterhergehen, so daß beide Kerr-Zellen im Mittel um
90° zueinander versetzt arbeiten. Die gekreuzten Kerr-Zellen ermöglichen eine willkürliche Punktrasterauslösung
der selektiven Fluoreszenz des zugeordneten Kristallkanals über den Kristallquerschnitt.
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der
Erfindung schematisch darstellen, nochmals erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine Schemadarstellung des Prinzips der Vorrichtung, die Gegenstand der zitierten Patentanmeldung
ist,
F i g. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung,
F i g. 3 eine Schemadarstellung einer elektrischen Äquivalentschaltung,
F i g. 4 eine Schnittdarstellung eines zylindrischen Kondensators,
F i g. 5, 8 und 6, 9 Schnitt- und Endansichten weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung und
Fig. 7 und 10 Spannungsdiagramme.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in der
Patentanmeldung C 28156 VIIIc/21f beschriebenen optischen Verstärkers.
409 640/177
Eine Lichtquelle in Form eines optischen Verstärkers für selektive Fluoreszenz weist einen Körper
auf, der aus einer selektiv fluoreszierenden Substanz besteht, beispielsweise einen zylindrischen Rubin 1,
der die Ausbreitungsachse Z-Z' hat und dessen optische Achse C parallel zu den reflektierenden
Oberflächen! verläuft, welche den Raum abschließen, in dem der Rubin eingeschlossen ist. Das polarisierte
Licht, welches der Rubin unter der Einwirkung der Anregungslichtquelle 8 emittiert, ist in Richtung
des Pfeiles P polarisiert, wobei dieser Pfeil P mit der Achse Z-Z' des Zylinders und der optischen Achse C
ein rechtwinkliges Achsenkreuz bildet. Die reflektierende Fläche 2 hat ein konstantes Reflexionsvermögen
R1. Gegen den Zylinder ist eine Steuereinrichtung gesetzt, im vorliegenden Falle eine Kerr-Zelle
3, deren eine Belegung 41 an Masse liegt und deren andere Belegung 42 mit einem Generator 5
verbunden ist, der eine Spannung Vc(t) liefert, die
sich als Funktion der Zeit ändert. Die beiden Belegungen der Kerr-Zelle sind eben, und das Feld zwischen
diesen beiden Belegungen ist homogen.
Gegen die Kerr-Zelle ist ein Polarisator 6 gesetzt, dessen Polarisationsrichtung parallel zu P ist. Die
Kerr-Zelle ist derart angeordnet, daß der elektrische Feldvektor E der Kondensatorflächen mit P einen
Winkel von 45° bildet. Ein Spiegel 17 ist, wie gezeigt, gegen den Polarisator gesetzt. Es wurde in der
Patentanmeldung C 28156 VIII c/21 f ausgeführt, daß
an die Kerr-Zelle eine zeitlich veränderliche Spannung angelegt wird, wobei diese Spannung V einen
Maximalwert F0 und einen dicht bei Null liegenden Minimalwert hat. Das Reflexionsvermögen Rt(t) der
Anordnung Kerr-Zelle—Spiegel ist gleich ε, und dieser
Wert ist für V in der Umgebung von F0 klein, und s ist für V in der Umgebung von Null etwa
gleich 1.
Die Formel, welche die kritische Schwelle der Besetzung in einem höheren Niveau, welches eine
selektive Fluoreszenz ermöglicht, angibt, lautet:
nc = ne — /Z0
(D
+C. (2)
Wenn nun /?,·(ί) eine abnehmende Funktion von
V1 (i) ist, so wird nt(t) eine zunehmende Funktion
dieser Spannung, und es wird der Augenblick eintreten, in dem «,· (i) durch den kritischen Wert hindurchgeht,
wenn V1 (?) wächst, und von diesem Augenblick an ist eine Emission nicht mehr möglich. Die Vorrichtung
beruht auf diesem Prinzip.
Während der Zeitintervalle, in denen nt(i) größer
ist als ne — n0, wird die selektiv fluoreszente Substanz
mit Lichtenergie beschickt und speichert diese Lichtenergie. Während der Zeitintervalle, in denen eine
Emission möglich ist, wird ein Lichtimpuls erzeugt, und die selektiv fluoreszente Substanz entlädt sich.
Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Ziel, die es ermöglicht, die selektiv fluoreszente Substanz in
vorbestimmten Zeitintervallen selektiv zu entladen, wobei die selektiv fluoreszente Substanz in verschiedene
Elemente unterteilt ist.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsmäßen Einrichtung. Die Kerr-Zelle weist
ein Gefäß 3 auf, in welchem eine homogene Flüssigkeit angeordnet ist. In diesem Behälter, der durch
zwei Belegungen 42 und 43 begrenzt ist, sind Metallgitter gv g2... g„ eingesetzt. Diese Gitter umschließen
Zonen Z1 ... Zn, die zwischen zwei aufeinanderfolgende
Beläge eingeschlossen sind. Die Gitter gj ... g„ und die Beläge 41 und 42 sind mit den Ausgängen
S1 ... s„ eines Spannungsgenerators 50 verbunden.
Es ist zu erkennen, daß sich jede Zone Z1 in der
Richtung der Ausbreitung des in der selektiv fluoreszenten Substanz erzeugten Lichtes erstreckt
(Achse Z-Z' des Zylinders, der die selektiv fluoreszente Substanz umschließt). Die Abmessungen dieser Zone
in Richtung y (senkrecht zur Figur) sind gering. Im Gegensatz hierzu sind die Querabmessungen (längs
der Achse Ox, welche das rechwinklige Koordinatenkreuz vervollständigt) die gleichen wie die der Achse
Ox der gesamten Kerr-Zelle.
Das elektrische Äquivalent-Schaltbild (Fig. 3) weist eine Anordnung von Kapazitäten C1.. .Cn auf,
die zwischen Anschlüssen a0 ... a„ angeordnet sind.
Diese Anschlüsse sind mit den entsprechenden Ausgängen des Generators 50 verbunden. Das Feld in
der Gesamtzelle ist inhomogen, da das Feld an jedem Punkt von den Spannungen abhängt, die zwischen
den beiden am nächsten liegenden Gittern herrschen.
Da die zugeführten Spannungen Spannungen sind, die sich als Funktion der Zeit verändern, kann man
in der vorher beschriebenen Weise jeden Teil der selektiv fluoreszenten Substanz oder des »Lasers«
aufladen und anschließend entladen, der in der Verlängerung eines Elementes der Kerr-Zelle angeordnet
ist.
Eine Optik 51 lenkt die aus den verschiedenen selektiv fluoreszenten Schichten emittierten Strahlen
in die verschiedenen Richtungen P1.. .Pn ab. Die
Stirnseite des Rubins befindet sich in der Bildbrennebene der Zelle. Eine Lichtquelle 400 liefert die
Anregungsenergie.
Es ist zu erkennen, daß, wenn man ein inhomogenes Feld in der Kerr-Zelle erzeugt, man eine Einrichtung
erhält, die es ermöglicht, daß bestimmte Teile einer selektiv fluoreszenten Substanz oder eines
»Laser«-Materials selektiv emittieren, und es wurde gezeigt, daß es möglich ist, mit den emittierten Strahlen
den Raum zu überstreichen.
Es ist einfach, ein nichthomogenes elektrisches Feld in einem Raum zu erzeugen, der zwischen zwei
Leitungsbelägen enthalten ist. Es reicht aus, diesen Leitungsbelägen eine andere Form als eine ebene
Form zu geben.
So ist beispielsweise in Fig. 4 ein zylindrischer
Kondensator dargestellt, der zwei koaxiale Beläge A und B aufweist. Der Belag A kann beispielsweise an
einer Spannungsquelle V1, liegen, und der Belag B
kann an Masse liegen. Man weiß, daß das Feld an einem Punkt M in einem Abstand R von der Achse
der beiden Zylinder (Ra Radius von A und R1 Radius
von B), wenn
ist, gegeben wird durch
k
R
R1
Vc,
(3)
wobei k eine Konstante ist, die von R11 und von
abhängt.
abhängt.
Wenn nun die Spannung Vc eine Funktion der
Zeit Vc—Vc(t) ist, so ist in jedem Augenblick der
Kondensator in zwei konzentrische Bereiche Z1 und Z2 unterteilt, und zwar in einen Bereich Z1, in welchem
das Feld größer ist als ein vorbestimmtes Feld E0, und in einen Bereich Z2, in welchem das
Feld kleiner ist, wobei Z1 innerhalb von Z2 liegt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Schnittansicht und eine Endansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
bei welcher die Kerr-Zelle durch einen zylindrischen Kondensator ersetzt ist.
Die Kerr-Zelle 100 weist einen inneren Leiter 101 und einen äußeren Leiter 102 auf. Der innere Leiter
101 ist an eine Spannungsquelle 103 angeschlossen, deren Spannung sich als eine Funktion der Zeit verändert.
Der Aufbau dieser Zelle zeigt die Form eines Teiles eines Drehzylinders, wobei dieser Teil von
zwei ebenen Wänden 104 und 105 begrenzt wird. Diese ebenen Wände 104 und 105 bestehen aus
einem dielektrischen Material. Die Zelle enthält eine doppelbrechende Flüssigkeit. Diese Kerr-Zelle ist
neben dem Zylinder 1 angeordnet, der die selektiv fluoreszente Substanz enthält.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung ist die folgende:
Die Spannungsquelle 103 liefert eine Spannung, deren Veränderung als Funktion der Zeit in F i g. 7
dargestellt ist.
Während eines Zeitintervalles T0 verändert sich die
Spannung von einem Maximalwert V0 auf einen Minimalwert V1; während der Zeit T0 + T1 behält die
Spannung den Wert V0 bei. Danach wiederholt sich
dieser Zyklus.
Wenn die Spannung V1 die kritische Spannung
entsprechend dem Wert
ne —
rn{t)
überschritten hat, wird augenblicklich eine Zone des Kondensators (Zone Z1, die in F i g. 6 schraffiert ist)
den für die Anregung der selektiv fluoreszenten Schicht notwendigen Reflexionsgrad aufweisen, der
eine selektive Fluoreszenz in dem Bereich ermöglicht, der gerade in der Verlängerung dieser Zone angeordnet
ist.
Die beschriebene Veränderung der Spannung V ermöglicht auf diese Art eine Abtastung des
optischen Senders oder Verstärkers in Richtung dei Achse Oy.
Wenn die Zeit T0 kleiner ist als die Zeit, die erforderlich
ist, um den optischen Sender oder Verstärker wieder aufzuladen, wird zu jedem Zeitpunkt i,- des
Intervalls O—T eine entsprechende Zone Z1 vorhanden
sein, die eine Entladung im optischen Sender oder Verstärker ermöglicht. Die Optik 51 ermöglicht,
wie im vorhergehenden Falle, die Abtastung des Raumes.
Es sei bemerkt, daß die in Fig. 6 gezeigte Einrichtung
derart angeordnet ist, daß das Feld im Mittelbereich einen Winkel von 45° mit der Polarisationsrichtung
der Welle einschließt.
Die F i g. 8 und 9 zeigen eine Einrichtung, die es ermöglicht, die Fläche vor dem optischen Sender
oder Verstärker gleichzeitig in der Richtung Ox und in der Richtung Oy abzutasten.
Die selektiv fluoreszente Substanz 1 ist zwischen zwei Kerr-Zellen 100 und 200 angeordnet, die in
Endansicht in F i g. 9 dargestellt sind. Diese Zellen entsprechen der in F i g. 6 gezeigten Zelle, jedoch
sind deren Symmetrieebenen unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, und beide schließen
einen Winkel von 45° mit der Polarisationsebene der Welle ein.
Zwei Spannungsquellen 51 und 52 speisen die Kondensatorbelegungen 101-102, 201-202,
Zwei . -Blättchen 301 und 302 fassen den optischen
Sender oder Verstärker ein. Diese - -Blättchen sind
vorgesehen, um die Wirkung mit steigenden Spannungen zu erzielen, die man ohne sie mit fallenden
Spannungen erzielen würde, und umgekehrt.
Die Spannungsquellen 51 und 52 geben Spannungen ab, wie sie in Fig. 10 dargestellt sind. In jedem
Moment ist es wegen der Zelle 100 möglich, daß sich eine Zone Z,- parallel zur Achse Ox entladen könnte,
das gleiche gilt wegen der Zelle 200 für eine Zone Zj
parallel zu Oy. Daraus ergibt sich, daß sich lediglich der gemeinsame Teil dieser beiden Zonen zur
Zeit t entladen kann.
Die Wahl der Spannungen V1 für die Zelle 100
und V2 für die Zelle 200 bestimmt das Abtastgesetz
des Raumes.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Es können andere Formen von
Kerr-Zellen mit nichtebenen Belägen verwendet werden.
Claims (6)
1. Modulationsvorrichtung für einen optischen Sender oder Verstärker mit einem selektiv
fluoreszenten Medium, das axial zwischen zwei einander gegenüberstehenden parallelen Spiegelflächen
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Richtungsmodulation des
selektiv fluoreszenten Strahles dadurch ermöglicht wird, daß das Reflexionsvermögen wenigstens
eines der beiden Spiegel in einem bestimmten Bereich seiner Fläche zeitlich derart durch
Vorschalten einer Kerr-Zelle (3) veränderlich gemacht wird, daß nur die zugeordneten entsprechenden
Querschnittsbereiche des selektiv fluoreszenten Mediums wahlweise emittieren können und zudem der Strahl eines jeden Teilbereichs
(Z1, Zj) mittels einer außen zugeordneten
Optik (4) in einem anderen Winkel abgelenkt wird.
2. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse
des selektiv fluoreszenten Kristalls (c) senkrecht zu seiner Längsachse und zur Ausbreitungsrichtung
seiner Strahlen steht, daß die mittlere Polarisationsrichtung der dem Spiegel vorgeschalteten
Kerr-Zelle um 45° gegenüber der optischen Achse des Kristalls (c) verdreht ist und daß die
mit einer doppelbrechenden Flüssigkeit arbeitende Kerr-Zelle einem sich zeitlich ändernden
inhomogenen elektrischen Feld (50, 51, 52, 103) ausgesetzt ist.
3. Modulationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerr-Zelle (3)
parallel zur Längsachse des selektiv fluoreszenten Kristalls von leitenden Gittern (Gn) durchzogen
ist.
4. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerr-Zelle Teil
eines Zylinders (101,102,104,105) ist mit einem
kreissektorförmigen Querschnitt, wobei die eine Elektrode von dem Zylindermantelausschnitt
(102), die andere von der Keisschneide (101) gebildet wird und der Kreissektor eine solche Größe
aufweist, daß die Projektion des kreisförmigen Querschnittes des Kristalls von dem Sektor eingeschlossen
wird.
5. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Spiegel eine
solche Kerr-Zelle (100, 200) zugeordnet ist und daß die eine mittlere Polarisationsebene einer
Kerr-Zelle der senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes stehenden optischen Achse des
Kristalls (c) um 45° vorausgeht, die andere Polarisationsebene dagegen um 45° hinterher-
geht, so daß beide Kerr-Zellen im Mittel um 90° zueinander versetzt arbeiten.
6. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekreuzten
Kerr-Zellen (101, 102, 201, 202) eine willkürliche Punktrasterauslösung (Z1-, Z1) der selektiven
Fluoreszenz des zugeordneten Kristallkanals über den Kristallquerschnitt ermöglichen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 929 922;
Bulletin American Physical Society, Ser. II. Bd. 8, Nr. 6, 1961, S. 68, WG;
Journal of Applied Physics, Bd. 33, Nr. 6, Juni 1962, S. 2009 bis 2011.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Applications Claiming Priority (1)
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