DE1285638B

DE1285638B - Anordnung zur Steuerung der Richtung der Emission eines optischen Senders oder Verstaerkers

Info

Publication number: DE1285638B
Application number: DEI29451A
Authority: DE
Inventors: Barrekette Euval Salomon; Pole Robert Vladimir
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-11-25
Filing date: 1965-11-25
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3458829A; GB1112927A; US3440560A; FR1453760A

Description

Platte aus durchsichtigem Material besteht. Diese parallel zur total reflektierenden Fläche des stimulierbaren Mediums angeordnete durchsichtige Platte, es können auch mehrere Platten an einer oder mehreren 5 total reflektierenden Flächen vorgesehen werden, kann mit Hilfe steuerbarer Mittel in Richtung auf diese Fläche bewegt werden, so daß der Abstand zwischen einer und mehreren Wellenlängen der zu steuernden Strahlung einstellbar ist. Bei kleinem Abstand erfolgt Möglichkeiten io in an und für sich bekannter Weise eine Störung der Totalreflexion der darunterliegenden total reflektierenden Fläche, so daß sich verschiedene Grenzwinkel der Totalreflexion und somit auch verschiedene Richtungen des oder der den Resonator durchsetzenden

brechende Kristalle enthalten. Diese Anordnungen 15 Wellenbündel ergeben,
bewirken eine Richtungsänderung des Strahles, nach Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform des

dem er aus dem optischen Sender oder Verstärker Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß ausgetreten ist. Es ist auch schon vorgeschlagen, die der Brechungsindex des Materials der beweglich an-Richtung des aus einem optischen Sender oder Ver- geordneten Platte oder Platten größer als der stärker austretenden Strahles schon innerhalb der An- 20 Brechungsindex des stimulierbaren Mediums ist.
Ordnung mit Hilfe elektrooptischer Bauteile inner- Es ist aber auch möglich, daß der Brechungsindex

halb des optischen Resonators und unter Verwendung polarisierter Strahlung zu verändern. Die genannten Anordnungen sind aber sehr kompliziert und weisen, bedingt durch die Verwendung polarisierter Strahlung oder wegen der Verluste der außerhalb des optischen Senders oder Verstärkers angeordneten reflektierenden Bauteile einen schlechten Wirkungsgrad auf. In der deutschen Patentschrift 1199 884 wird eine Anordnung zur Auslenkung des Strahles eines optischen Senders oder Verstärkers mit durch Kugelspiegel begrenztem optischem Resonator beschrieben, bei dem innerhalb des Resonators Mittel zur Störung der Symmetrieeigenschaften vorgesehen sind. Die Mittel zur Störung der Symmetrieeigenschaften bedingen aber die Verwendung polarisierten Lichtes, was eine Herabsetzung des Wirkungsgrades der Anordnung zur Folge hat.

Weiterhin ist es aus der deutschen Patentschrift
1191 041 auch schon bekannt, den innerhalb eines 40 ordneten gekrümmten Spiegel abbildet,
stimulierbaren Mediums mehrfach reflektierten Strahl Eine andere Ausführungsform des Erfindungs-

durch die steuerbare Annäherung eines für den Strahl gedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß das stidurchlässigen Körpers zu beeinflussen. Die Anordnung hat aber den Nachteil, daß der an keiner der
Grenzflächen fokussierte Strahl leicht auseinander- 45 bzw. die Kugel halbierenden ebenen total reflektieläuft, so daß erhebliche Energieverluste auftreten. renden Fläche eingeschlossen ist.
Außerdem ist eine Schwenkung des Strahles nur im Es ist aber auch möglich, daß das stimulierbare

beschränkten Umfang und nur mit zusätzlichem tech- Medium von einem Viertelzylindermantel und zwei nischem Aufwand möglich. das Zylindersegment begrenzenden, zur Achse des

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der 50 Zylindersegmentes parallelen total reflektierenden Erfindung ein optischer Sender oder Verstärker mit Ebenen eingeschlossen ist. Es sind selbstverständlich einer Anordnung zur Steuerung der Richtung und/ auch andere von gekrümmten Flächen und mehreren oder der Größe seiner kohärenten Strahlung, bei der ebenen Flächen begrenzte Anordnungen möglich,
ein äußerer Spiegel des optischen Resonators konzen- Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbil-

trisch zur benachbarten Oberfläche des stimulier- 55 dung des Erfindungsgedankens sind entweder beide baren Mediums angeordnet ist, vorgeschlagen, der da- bzw. alle total reflektierenden Flächen Bauteilen zur

des Materials der beweglich angeordneten Platte oder Platten kleiner als der Brechungsindex des stimulierbaren Mediums ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist fernerhin dadurch gekennzeichnet, daß die den Grenzwinkel der Totalreflexion steuerbar verändernde Platte mittels eines piezoelektrischen Bauteiles bewegt wird.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Störung der Totalreflexion bzw. die Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion mit Hilfe elektrooptischer oder magnetooptischer Bauteile durchzuführen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium die Form eines Zylinder- oder Kugelsegmentes hat, dessen gekrümmte Fläche die an seinen ebenen Flächen total reflektierten Strahlen auf einem zur gekrümmten Fläche konzentrisch ange-

mulierbare Medium von einem Halbzylindermantel oder einer Halbkugelfläche und einer den Zylinder

durch gekennzeichnet ist, daß die mit der äußeren Spiegelfläche zusammenarbeitende innere Spiegelfläche des optischen Resonators zugleich ebene Begrenzungsfläche des stimulierbaren Mediums ist, deren Grenzwinkel der Totalreflexion steuerbar veränderlich ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß das den kritischen Winkel der Totalreflexion Steuerbar verändernde Bauteil aus einer im Abstand von einigen Wellenlängen von der total reflektierenden und senkrecht zu ihr verschiebbar angeordneten

steuerbaren Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion oder nur eine von zwei oder mehreren total reflektierenden Flächen mit Bauteilen zur steuerbaren Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion zugeordnet.

Das stimulierbare Medium des optischen Senders oder Verstärkers kann entweder durch Injektion oder durch Strahlung angeregt werden.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens mit einer total reflektierenden Fläche,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel mit zwei total reflektierenden Flächen.

Der Hohlraum 4 eines optischen Senders oder Verstärkers gemäß Fig. 1 kann Licht innerhalb eines großen Winkelbereiches emittieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieser Winkelbereich beschränkt werden.

Ein optischer Sender oder Verstärker 5 weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Es kann sich dabei um eine Halbkugel oder einen Halbzylinder handein. Der optische Sender oder Verstärker 5 weist eine ebene Fläche und einen halbkreisförmigen Teil 9 auf, dessen Krümmungsmittelpunkt im Punkt 10 liegt. In dem optischen Sender oder Verstärker kann irgendein stimulierbares Medium, beispielsweise Rubin, verwendet werden. Es ist aber auch möglich, an Stelle eines durch Strahlung anregbaren Materials einen optischen Sender oder Verstärker mit Injektion in einem Halbleitermedium zu verwenden. Der Brechungsindex JV₁ des stimulierbaren Mediums ist größer als der Brechungsindex JV₀ des ihn umgebenden Mediums. Auf Grund der unterschiedlichen Brechungsindizes wird das aus dem Inneren des stimulierbaren Mediums 5 auf die Fläche 7 unter einem bestimmten Winkel auftreffende Licht total reflektiert. Der Einfallwinkel wird im folgenden als der Winkel zwischen der Richtung des einfallenden Strahles auf die Fläche 7 und einer zu dieser Ebene senkrechten Linie definiert. Der kleinste Winkel, bei dem eine innere Reflexion erfolgt, wird als kritischer Einfallwinkel oder als Grenzwinkel der Totalrefletion bezeichnet. In den Figuren wird dieser Winkel mit I_c angegeben.

Die Strahlen 11a bis 13 a fallen auf die Fläche 7 unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion I₁. auf. Die Strahlen 11a bis 13 a werden daher an der Fläche 7 reflektiert und gelangen, wie aus Fig. 1 zu ersehen, als Strahlen 11 & bis 13 b an die Kugel- oder Zylinderfläche 9 des optischen Resonators und konvergieren unter der Linsenwirkung der Fläche 9 in einem Punkt 15.

Eine andere Gruppe von Strahlen 21a bis 23 a trifft auf die Fläche 7 unter einem anderen Winkel der Totalreflexion // auf. Der Winkel // ist ein geänderter Auftreffwinkel. Diese Änderung erfolgt in einer noch zu beschreibenden Weise. Die an der Fläche 7 reflektierten Strahlen 21a bis 23 a gelangen, wie aus der Figur zu ersehen, als Strahlen 21 b bis 23 b an die Fläche 9. Die Linsenwirkung dieser Fläche bewirkt, daß diese Strahlen in einem Punkt 25 konvergieren. Strahlen, die auf die Fläche 7 unter einem zwischen den Winkeln I_c und // liegenden Winkel auftreffen, werden unter der Wirkung der Fläche 9 in zwischen den Punkten 15 und 25 liegenden Punkten konvergieren. Diese Punkte liegen auf einer zur Fläche 9 konzentrischen Kurve mit dem Krümmungsmittelpunkt 10, die als halbkugel- oder zylinderförmiger Spiegel 27 mit dem Krümmungsmittelpunkt 10 ausgebildet ist. Der Spiegel 27 ist je nach der Form des optischen Senders oder Verstärkers 5 entweder sphärisch oder zylindrisch ausgebildet und reflektiert das durch die Linse 9 in den Punkten 15 und 25 fokussierte Licht auf dem gleichen Weg zurück, damit es an der Fläche 7 wieder reflektiert wird. Das so an der Fläche 7 reflektierte Licht gelangt als Strahlen 11a bis 13 a und 21a bis 23 a an die Fläche 9. Die Strahlen 11a bis 13 a werden durch die Linsenwirkung der Fläche 9 im Punkt 15' fokussiert, während die Strahlen 21a bis 23 a durch die Wirkung der Fläche 9 im Punkt 25' fokussiert werden.

Die Punkte 15' und 25' liegen ebenfalls auf dem Spiegel 27, der das Licht von diesen Punkten über den gleichen Weg zurückwirft und es in den Punkten 15 bzw. 25 fokussiert. Da der Spiegel 27 in den beiden Bereichen liegt, in denen Licht durch die Linseneinwirkung des optischen Senders oder Verstärkers fokussiert wird, kann man auch sagen, daß die Fläche des Spiegel 27 die Brennfläche oder die konjugierte Fläche des optischen Senders oder Verstärkers 5 darstellt.

Auf diese Weise entsteht innerhalb des Hohlraumes 4 eine Vielzahl von Resonanzwegen, von denen zwei durch die Strahlen 11 bis 13 und 21 bis 23 dargestellt werden. Der Hohlraum 4 ist richtungsindifferent, da er eine Vielzahl von Wegen oder Schwingungsarten mit verschiedener Richtung enthält. Wird der optische Sender oder Verstärker 5 optisch durch eine Quelle 29 angeregt, beispielsweise durch eine wendeiförmige Blitzlampe, so emittiert er entlang der im Bereich zwischen dem Punkt 15 und dem Rand 31 und dem Punkt 15' und Rand 3Γ des Spiegels 27 enthaltenen Wege. Der Bereich zwischen den Punkten 15 und 15' weist keine Emission auf, da das Licht in diesem Bereich auf die Fläche 7 unter einem Winkel auftrifft, der kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion /„ ist, so daß das Licht durch die Fläche 7 hindurchtritt und keine Resonanzwege entstehen.

Zur Herabsetzung der Lichtintensität und daher zur Unterdrückung der Emission des optischen Senders oder Verstärkers auf bestimmten Lichtwegen können verschiedene Verfahren angewendet werden. So können beispielsweise zwischen der Fläche 9 und dem Spiegel 27 Kerrzellen angeordnet werden, um einen bestimmten Bereich des von Spiegel 27 reflektierten Lichtes auszublenden. Gemäß der Erfindung wird die Unterdrückung der Emission in bestimmten Bereichen durch die steuerbare Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion l_e bewirkt. Dies wird durch Störung oder Unterdrückung der inneren Reflexion von Licht erreicht, das die Fläche 7 unter einem Winkel trifft, der kleiner ist als ein geänderter Grenzwinkel der Totalreflexion //.

Diese Unterdrückung wird durch ein durchsichtiges Plättchen 33 bewirkt, dessen Brechungsindex n.₂ größer als der Brechungsindex H₁ des stimulierbaren Mediums 5 ist. Zwischen dem Plättchen 33 und der Reflexionsfläche 7 ist ein Spalt 35, dessen Breite von der Größe einer Wellenlänge des emittierten Lichtes ist. Wenn der Spalt 35 größer als einige Wellenlängen ist, so ist der Grenzwinkel der Totalreflexion der normale Grenzwinkel I_c für ein Material des stimulierbaren Mediums n_x und der umgebenen Luft von n_Q. Wird jedoch die Breite des Spaltes 35 verringert, so tritt auf die Reflexionsfläche 7 unter einem Einfallwirkel von I_c auftreffendes Licht durch diese Fläche und durch den Spalt 35 in das Plättchen 33 ein. Auf diese Weise wird die innere Reflexion dieses Lichtes unterdrückt. Man kann auch von einer Durchtunnelung des Spaltes 35 sprechen. Der Grenzwinkel der Totalreflexion // ist der kleinste Einfallwinkel, unter dem Licht an der Fläche 7 total reflektiert wird, wenn die Breite des Spaltes 35 von der Größe der Wellenlänge des emittierten Lichtes ist.

Der Winkel // kann durch Veränderung der

Größe des Spaltes 35 eingestellt werden. Ein Verfahren zur Einstellung des Spaltes 35 besteht darin, das Plättchen 33 über ein Verbindungsglied 39 mit einem piezoelektrischen Kristall 37 zu verbinden. Der piezoelektrische Kristall wird in an und für sich bekannter Weise mit Hilfe einer Steueranordnung 41 einem elektrischen Feld ausgesetzt, das eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des Kristalls und somit eine Verkleinerung oder eine Vergrößerung des Spaltes 35 bewirkt.

Ist der Spalt 35 so eingestellt, daß unter einem kleiner als dem Grenzwinkel der Totalreflexion // auf die Fläche 7 auftreffendes Licht durch den Spalt hindurchtritt, so wird die Emission des optischen

steht, wird an Hand der Strahlengruppen 61 und 62 erläutert. Der Strahl 62 a trifft auf die Fläche 57 unter einem Winkel I_{c 1} = 45° auf.

Der Strahl 62« wird an der Innenseite der Fläche 5 57 reflektiert und trifft als Strahl 62 b auf die Fläche 58 unter einem Winkel I_c2 = 45° auf. Der von der Fläche 58 reflektierte Strahl 62 wird mit 62 c bezeichnet. Der Strahl 62 c verläßt die Fläche 59 und wird unter der Linsenwirkung dieser Fläche fokussiert, ίο Der gebrochene Strahl wird in der Figur mit 62 d bezeichnet.

Der Strahl 61 durchläuft einen zum Strahl 62 parallelen Weg. Die entsprechenden Teile des Strahles 61 werden mit den Buchstaben α bis c bezeichnet.

Senders oder Verstärkers auf die Bereiche zwischen 15 Der die Fläche 59 verlassende Strahl 61c wird geden Punkten 25 und 31 und 25' und 31' beschränkt. brachen und unter der Wirkung dieser Fläche als Eine Verstellung des Spaltes 35 bewirkt eine Ver- Strahl 61 d fokussiert. Die Strahlen 61 d und 62 d änderung des Bereiches der Emission zwischen den konvergieren im Punkt 65.

Punkten 15 und 31 und 15' und 31'. Der Punkt 65 liegt auf dem einen 90° umfassen-

Der beschriebene optische Sender oder Verstär- 20 den Zylinderabschnitt darstellenden Spiegel 67, der ker hat einen optischen Resonator mit einem einzigen bewirkt, daß die Strahlen 61 rf und 62 d als Strahlen Spiegel 27 und ein halbkugel- oder halbzylindrisches 61 e und 62 e reflektiert werden. Die Strahlen 61 e stimulierbares Medium 5, deren Krümmungsmittel- und 62 e bilden mit den Strahlen 61a und 62 a eine punkte zur Erleichterung der Einstellung im Punkt 10 geschlossene Schleife. Der Strahlenverlauf wurde zwar liegen. Es kann auch zweckmäßig sein, in der Nähe as im entgegengesetzten Uhrzeigersinn beschrieben, es des Punktes 10 zwecks Unterdrückung der Reflexion ist jedoch klar, daß sich die strahlende Energie unter der Fläche 7 lichtabsorbierende Bauteile unterzubrin- Bildung von stehenden Wellen in beiden Richtungen gen, so daß der Emissionsbereich ein bestimmtes fortpflanzt. Durch ein weiteres Paar von Strahlen 71 Muster darstellt. und 72 wird gezeigt, wie im optischen Resonator 54

Auf diese Weise kann die Lichtemission auf be- 30 ein Resonanzweg entsteht. Diese Strahlen treffen auf stimmte Bereiche durch Unterdrückung der inneren die ebene Fläche 57 unter dem Winkel I_cl' und auf Reflexion von Licht an der Fläche 7 beschränkt wer- die ebene Fläche 58 unter einem Winkel = I_c2' auf. den, ohne daß polarisierende Bauteile erforderlich Die Linsenwirkung der Zylinderfläche 59 bewirkt, sind. Dieses Ziel kann mit Hilfe kleinster räumlicher daß die Strahlen 71 und 72 im Punkt 75 konvergie-Verschiebungen von der Größe einer Wellenlänge des 35 ren, der auf der Fläche des Zylinderspiegels 67 liegt, zu steuernden Lichtes erreicht werden. Auf diese Weise wird in dem optischen Resonator

Anstatt der Veränderung des Spaltes 35 zwischen 54 eine Vielzahl von Resonanzwegen erzeugt, von der Fläche 7 und dem Plättchen 33 ist es auch mög- denen zwei durch die Strahlen 61 und 62 bzw. 71 lieh, den Grenzwinkel der Totalreflexion /,, durch und 72 dargestellt werden. Der optische Resonator andere Mittel zu verändern. Beispielsweise kann das 40 ist richtungsindifferent, da er eine Vielzahl von in Plättchen 33 aus einer Substanz hergestellt werden, den verschiedensten Richtungen verlaufenden Wegen

oder Schwingungsbereichen aufweist. Solange die Strahlen nicht durch die Flächen 57 und 58 hindurchtreten, sondern an ihnen total reflektiert werden,

Zylinderspiegels 67 und des stimulierbaren Mediums 55 entstehen.

Wird das stimulierbare Medium 55 angeregt (ent-

die ihren Brechungindex unter der Wirkung eines
elektrischen Feldes steuerbar ändert. Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle der oben beschriebenen Anordnungen Kerrzellen oder andere 45 können Resonanzwege unter allen Winkeln um den optische Steuerelemente zwischen dem stimulierbaren Punkt 60 innerhalb des 90° umfassenden Sektors des Medium 5 und dem Spiegel 27 anzuordnen. In diesem Falle kann die Fläche 7 mit einem reflektierenden Material überzogen werden, so daß alle auf diese

Fläche auffallenden Strahlen reflektiert werden. 50 weder optisch, wenn das Medium aus Rubin besteht.

In F i g. 2 wird ein optischer Sender oder Verstär- oder elektrisch, wenn es sich um eine Halbleiterdiode ker mit einem optischen Resonator 54 dargestellt, mit Anregung durch Injektion handelt), was beispielsdessen emittierter Strahl um nahezu 90° geschwenkt weise durch die Anregungsquelle 79 erfolgen kann, werden kann. Das stimulierbare Medium wird von so strahlt das stimulierbare Medium 55 kohärentes den beiden Flächen 57 und 58 und von dem 90° um- 55 Licht entlang aller Wege, auf denen es an den FIafassenden, im Schnitt kreisförmigen Bereich 59 mit chen 57 und 58 reflektiert wird. Es gibt verschiedene dem Krümmungsmittelpunkt 60 begrenzt. Das sti- Verfahren, die Intensität des Lichtes in bestimmten mulierbare Medium 55 besteht beispielsweise aus Bereichen oder entlang bestimmter Strahlenverläufe Rubin. Es ist aber auch möglich, an Stelle eines zu begrenzen und so die Emission in diesen Bereichen durch Strahlung anregbaren Materials ein Material 60 zu unterdrücken. So können beispielsweise in den zu nehmen, das injiziert werden kann. Der Bre- Bereich zwischen der gekrümmten Mediumfläche 59 chungsindex des stimulierbaren Mediums H₁ ist und dem Konkavspiegel 67 Kerrzellen angeordnet größer als der Brechungsindex n₀ der Umgebung. Auf sein, um einen Teil des von der Fläche 67 reflektier-Grund der unterschiedlichen Brechungsindizes an ten Lichtes zu unterbrechen. Gemäß der Erfindung den beiden Seiten der Flächen 57 und 58 wird von 65 kann die Emission auf einem sehr schmalen Bereich

innen unter bestimmten Winkeln auf diese Flächen
fallendes Licht reflektiert. Die Art und Weise, in der
ein Resonanzweg innerhalb des Resonators 54 entbegrenzt werden, in dem die Grenzwinkel der Totalreflexion der Flächen 57 und 58 verändert werden. Ist beispielsweise der Grenzwinkel der Totalreflexion

für beide Flächen 57 und 58 = 45°, wie durch die Winkel I_cl und /_C2 dargestellt, so werden nur zu den Strahlen 61 und 62 innerhalb des stimulierbaren Mediums 55 parallel verlaufende Strahlen von den Flächen 57 und 58 reflektiert und im Punkt 65 fokussiert. Alle anderen Strahlen durchsetzen die Flächen 57 oder 58 und kehren nicht zum Spiegel 67 zurück, so daß die Emission des optischen Senders oder Verstärkers sich auf den Punkt 65 beschränkt.

Um zu zeigen, wie Strahlen durch die Flächen 57 und 58 hindurchtreten, sei angenommen, daß ein Strahl auf die Fläche 57 unter einen Winkel von 46° fällt. Da dieser Einfallwinkel größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion I_cl (45°) ist, so wird der Strahl von innen an der Fläche 57 reflektiert. Der besagte Strahl trifft jedoch auf die Fläche 58 unter einem Winkel von 44° auf, der kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion I_c? (45°) ist, so daß er die Fläche 58 durchsetzt. Es wird daher kein Resonanzweg für Strahlen entstehen, die die Fläche 57 unter einem Winkel treffen, der größer als 45° ist. Strahlen, die die Fläche 57 unter einem kleineren Winkel als 45° treffen, treten durch diese Fläche hindurch, da der Grenzwinkel der Totalreflexion I_{c t} = 45° ist. Es werden daher nur die Strahlen an den as Flächen 57 und 58 reflektiert und in Punkt 65 fokussiert, die auf diese Flächen unter einem Winkel von 45° auftreffen.

Die Emission des optischen Verstärkers oder Senders kann auch auf andere Resonanzwege beschränkt werden, die beispielsweise im Punkt 75 auf dem Spiegel 67 fokussiert werden. Zur Auswahl des Punktes 75 wird der Grenzwinkel der Totalreflexion an der Fläche 57 auf den Wert von 20° geändert. Dieser Winkel wird in der Figur mit I/ bezeichnet. Derartig kleine Grenzwinkel der Totalreflexion werden im allgemeinen bei optischen Sendern oder Verstärkern mit den zur Verfügung stehenden Materialien nicht zu verwirklichen sein. Die Größe dieses Winkels wurde aber so klein gewählt, um die Art und Weise des Funktionierens des optischen Resonators anschaulicher machen zu können. Wird der Grenzwinkel der Totalreflexion an der Fläche 58 auf 80°, in der Figur mit I_c2' bezeichnet, eingestellt, wie noch weiter unten gezeigt wird, so treten diejenigen Strahlen, die die Fläche 57 unter einem kleineren Winkel als I_cl' treffen, durch diese Fläche hindurch, während Strahlen, die diese Fläche unter einem größeren Winkel als I_cl' treffen, von ihr reflektiert werden. Diese Strahlen werden werden aber von der Fläche 58 durchgelassen, da sie diese unter einem Winkel treffen, der kleiner als der Winkel I_c ₂' ist. Es werden daher nur die Strahlen 71 und 72 und alle dazu parallelen Strahlen innerhalb des stimulierbaren Mediums 55 sowohl von der Fläche 57 als auch von der Fläche 58 reflektiert und im Punkt 75 fokussiert.

Gemäß der Erfindung wird der Grenzwinkel der Totalreflexion der Flächen 57 und 58 gemäß der Figur mit Hilfe des Verfahrens der Störung der inneren Reflexion eingestellt. Ein Paar durchsichtige Plättchen 83 und 84, deren Brechungsindex n₂ größer als H₁ ist, werden in unmittelbarer Nachbarschaft der Flächen 57 und 58 angeordnet. Zwischen diesen Plättchen und den gegenüberstehenden Flächen befinden sich die Spalte 86 und 87, die eine Breite von der Größe einer Welle des steuernden Lichtes haben. Werden die Spalte 86 und 87 verkleinert, so durchsetzt Licht, das die Flächen 57 und 58 unter bestimmten Winkeln trifft, diese Spalte und gelangt in die Plättchen 83 und 84, wodurch die innere Reflexion des Lichtes gestört wird.

Die Größe der Spalte 86 und 87 kann dadurch eingestellt werden, daß die Plättchen 83 und 84 über Verbindungsstege 93 und 94 mit piezoelektrischen Kristallen 90 und 91 verbunden werden. Die piezoelektrischen Kristalle 90 und 91 werden in an und für sich bekannter Weise durch eine Steueranordnung 95 einem elektrischen Feld ausgesetzt, das eine mechanische Ausdehnung oder eine Zusammenziehung der Kristalle bewirkt, was wiederum eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung der Spalte 86 und 87 zur Folge hat.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgedankens werden von der Steuereinheit 95 zur Steuerung der Kristalle 90 und 91 Signale erzeugt, die gegeneinander um 180° phasenverschoben sind. Daher wird bei Vergrößerung des Grenzwinkels der Totalreflexion an der Fläche 57 der Grenzwinkel der Totalreflexion an der Fläche 58 verkleinert. Auf diese Weise wird der Punkt, an dem das stimulierbare Medium 55 emittiert, periodisch um den Punkt 60 geschwenkt.

Durch andersgeartete Signale ist es möglich, von der punktförmigen Emission zu einer einen Raumwinkel vorgebbarer Größe umfassenden Emission überzugehen. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Grenzwinkel der Totalreflexion der Flächen 57 und 58 = 44° gemacht werden. Dadurch würde ein Spielraum von 2° (44° bis 46°) entstehen, innerhalb dessen die Strahlen an beiden Flächen 57 und 58 reflektiert werden.

Es ist aber auch möglich, eines der Plättchen 83 oder 84 wegzulassen, wenn es erwünscht ist, nicht die Richtung eines schmalen Strahlenbündels, sondern den Umfang des Bereiches der Emission zu vergrößern oder zu verkleinern. Anstatt die Größe der Spalte 86 und 87 mit Hilfe der piezoelektrischen Kristalle 90 und 91 mechanisch zu verändern, können auch andere Verfahren zur Einstellung des Grenzwinkels der Totalreflexion der Flächen 57 und 58 verwendet werden. So verändern beispielsweise bestimmte Substanzen unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ihren Brechungsindex.

Es ist daher möglich, die Plättchen 83 und 84 aus einem derartigen Material herzustellen und den Grenzwinkel der Totalreflexion durch Anlegung eines Feldes zu verändern.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Form des Hohlspiegels 67 abzuändern. Beispielsweise ist es möglich, anStelle eines im Schnitt kreisförmigen Spiegels eine Reihe von ebenen Spiegeln anzuordnen und die Form der Fläche 59 des stimulierbaren Mediums entsprechend anzupassen. Auch die Verwendung von Kerrzellen, insbesondere im Zusammenhang mit Flächen 59 und 67, die aus einer Reihe von ebenen Bereichen bestehen, ist möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker mit einer Anordnung zur Steuerung der Richtung und/oder der Größe seiner kohärenten Strahlung, bei der ein äußerer Spiegel des optischen Resonators konzentrisch zur benachbarten Oberfläche des

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stimulierbaren Mediums angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der äußeren Spiegelfläche (27, 67) zusammenarbeitende innere Spiegelfläche (7, 57, 58) des optischen Resonators (4, 54) zugleich ebene Begrenzungsfläche des stimulierbaren Mediums (5, 55) ist, deren Grenzwinkel der Totalreflexion steuerbar veränderlich ist.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den kritischen Winkel der Totalreflexion steuerbar verändernde Bauteil aus einer im Abstand von einigen Wellenlängen der zu steuernden Strahlung von der total reflektierenden Fläche und senkrecht zu ihr verschiebbar angeordneten Platte (33, 83, 84) aus durchsichtigem Material besteht.

3. Optischer Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Materials der beweglich angeordneten Platte (33) oder Platten (83, 84) größer oder kleiner als der so Brechungsindex des stimulierbaren Mediums (5, 55) ist.

4. Optischer Sender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Grenzwinkel der Totalreflexion steuerbar verändernde Platte piezoelektrisch bewegt wird.

5. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Grenzwinkel der Totalreflexion steuerbar verändernde Bauteil elektrooptisch oder magnetooptisch bezüglich seiner Brechkraft steuerbar ist.

6. Optischer Sender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (5) die Form eines Zylinder- oder Kugelsegments hat, dessen gekrümmte Fläche (9) die an seiner ebenen Fläche (7) total reflektierten Strahlen auf einem zur gekrümmten Fläche konzentrisch angeordneten gekrümmten Spiegel (27) fokussiert.

7. Optischer Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (5) auf der einen Seite von einem Halbzylindermantel oder einer Halbkugelfläche (9) und auf seiner anderen Seite von einer den Zylinder bzw. die Kugel halbierenden, ebenen, total reflektierenden Fläche (7) eingeschlossen ist.

8. Optischer Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (55) von einem Viertelzylindermantel (59) und zwei das Zylindersegment begrenzenden, zur Achse des Zylindersegmentes parallelen total reflektierenden, ebenen Flächen (57, 58) eingeschlossen ist.

9. Optischer Sender nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide total reflektierenden ebenen Flächen (57, 58) mit Bauteilen (83, 84) zur steuerbaren Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion versehen sind.

10. Optischer Sender nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der beiden total reflektierenden Flächen mit Bauteilen (83, 84) zur steuerbaren Veränderung des Grenzwinkels der Totalreflexion versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen