DE1285638B - Anordnung zur Steuerung der Richtung der Emission eines optischen Senders oder Verstaerkers - Google Patents
Anordnung zur Steuerung der Richtung der Emission eines optischen Senders oder VerstaerkersInfo
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- DE1285638B DE1285638B DEI29451A DEI0029451A DE1285638B DE 1285638 B DE1285638 B DE 1285638B DE I29451 A DEI29451 A DE I29451A DE I0029451 A DEI0029451 A DE I0029451A DE 1285638 B DE1285638 B DE 1285638B
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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
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
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-
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
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-
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
Ic 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 Ic 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 le 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 Ic für ein Material des stimulierbaren
Mediums nx und der umgebenen Luft von nQ.
Wird jedoch die Breite des Spaltes 35 verringert, so tritt auf die Reflexionsfläche 7 unter einem Einfallwirkel
von Ic 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 Ic 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 Ic2 = 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 Icl' und auf
Reflexion von Licht an der Fläche 7 beschränkt wer- die ebene Fläche 58 unter einem Winkel = Ic2' 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
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
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 Icl 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 Icl (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 Ic? (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 Ic 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 Ic2' bezeichnet, eingestellt, wie noch
weiter unten gezeigt wird, so treten diejenigen Strahlen, die die Fläche 57 unter einem kleineren Winkel
als Icl' treffen, durch diese Fläche hindurch, während
Strahlen, die diese Fläche unter einem größeren Winkel als Icl' 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 Ic 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 (10)
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
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DE (1) | DE1285638B (de) |
FR (1) | FR1453760A (de) |
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1965
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- 1965-11-25 DE DEI29451A patent/DE1285638B/de not_active Withdrawn
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---|---|
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GB1112927A (en) | 1968-05-08 |
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FR1453760A (fr) | 1966-06-03 |
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---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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