DE1952501C - Optischer Sender mit optischen Nach verstärkern fur kohärentes Licht - Google Patents

Description

ι 952 5Oi

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender mit optischen Nachverstärkern für kohärentes Licht, bei welchem eine unterschiedliche Lichtstromdichte über den Querschnitt der stabförmigen stimulierbaren Medien, die durch eine am Slabumfang gegenüber dem zentralen (um die optische Achse herum) liegenden Bereich unterschiedliche optische Anregung verursacht ist, ausgeglichen wird.

Bekanntlich ist infolge der Eigenlichtabsorption von stabförmigen stimulierbaren Medien das optische Pumpen im allgemeinen in der Mitte viel schwächer als am Rand, so daß die Verteilung der angeregten Ionen in einem Zylinderstab am Ende des optischen Pumpens einen radialen Verlauf in Form eines Trogs hat. Man spricht daher davon, daß »die Rinde« des Stabs viel stärker als sein »Stamm« gepumpt wird. Die Dichte der Besetzungsumkehr, die proportional zu der durch das Pumpen gespeicherten Energiedichte ist, fällt tuner stark vom Rand zur Mitte ab, und die emittierte Lichtleistung ist praktisch in einem Ring am Umfang des Stabs konzentriert. Dieser Effekt wird noch durch die Stäbe der folgenden Stufen verstärkt, so daß die Lichtstromdichte des in einer Verstärkerkette verstärkten kohärenten Lichtstrahls eine radiale Verteilung hat, die mehr und mehr zum Rand zunimmt. Da die Lichtstromdichte durch die Bruchgrenze des Werkstoffs der stimulierbaren Medien begrenzt ist, ist man zur Verwendung von Stäben gezwungen, deren Durchmesser viel größer ist, ais er bei radial homogener Lichtstromdichte wäre.

Es ist daher bereits bekanntgeworden (vgl. französische Patentschrift 1519 810), jur Verbesserung der Homogenität des kohärenten Lichts in einer Verstärkerkette die radiale Änderung der Besetzungsumkehrdichte, die durch das Pumpen eines Stabs erzeugt wird, durch eine entgegengesetzte radiale Änderung der Länge des Materials zu kompensieren, das von den verschiedenen Lichtstrahlen durchlaufen wird, die den zu verstärkenden Lichtstrom bilden, damit die durch diesen Stab erzeugte Verstärkung auf dessen ganzem Querschnitt konstant ist. Daher verjüngt man das Ende der Stäbe so. daß deren Länge L von der Mitte zum Umfang abnimmt, wobei die Funktion L (r). die die Lange L der Mantellinien eines Stabs als Funktion ihres Abstands r von der Achse angibt, folgendermaßen lautet:

Ur) =

[log

- log ,

möglich ist, dem Stabende eine Form zu geben, die gleich der durch die Gleichung bestimmten ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde.

eine andere Lösung anzugeben, die die Schwierigkeiten des eben geschilderten bekannten Vorgehens

überwindet, insbesondere sehr einfach durchzuführen ist.

Die Aufgabe wird bei einem optischen Sander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beim

ίο Übergang des zu verstärkenden kohärenten Lichts von einem stimulierbaren Medium in das nachfolgende ein vollkommener Bereichswechsel in der Weise durchgeführt ist, daß alle peripheren Strahlen Jes vorausgehenden stimulierbaren Mediums im zen-

traten, um die optische Achse liegenden Bereich des nachfolgenden stimulierbaren Mediums weiterverstärkt werden und umgekehrt alle zentralen Strahlen des vorausgehenden stimulierbaren Mediums an der Peripherie des nachfolgenden Mediums weiter verstärkt werden.

Dazu ist es zweckmäßig, daß die stimulierbaren Medien der Verstärkerkette als Stirnflächen nach außen vorspringende Kegel als stumpfe konische Flächen mit der optischen Achse als Rotationsachse aufweisen, wobei die Abweichung des halben -öffnungswinkels von 90° klein genug ist, um Lichtverluste durch Reflexion an den Stabenden zu vermeiden.

Demgegenüber war es bisher lediglich bekannt

(Proceedings of the IEEE, Bd. 54, Nr. 4, April 1966. S. 555 bis 560), einen offenen Mikrowellenoszillator durch zwei koaxial angeordnete, konkave metallische Kegelreflektoren zu bilden. Dabei haben die Kegelreflektoren einen halben öffnungswinkel von 73°.

Ein derartiger Resonator dient zur Unterhaltung von Wanderwellenresonanzen. Genauer gesagt, der bekannte Resonator ist zur Rückkopplung vorgesehen, um die von einem gebündelten Elektronenstrahl, der sich entlang einem Kanal in einem geeigneten Dielektrikum ausbreitet, erzeugte Cerenkov-Strahlung zu verstärken.

Ein ähnlicher Mikrowellenresonator ist auch an anderer Stelle beschrieben worden (Applied Optics. Bd. 6. Nr. 3. März 1967, S. 584 und 585).

Die Erfindung wird ferner dadurch weitergebildet, daß bei gleichem Durchmesser 2 R zweier aufeinanderfolgender stimulierbarer Medien der halbe öffnungswinkel beider Kegel 90" - η beträgt, wobei bei kleinem η der Abstand L zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben durch folgende Gleichung bestimmt ist:

r, = wirksamer Querschnitt des stimulierbaren

Mediums für die IJchtwcllenlänge.
I₁, (r) = Verteilung der Beselzungsumkchr nach dem Pumpen in Abhängigkeit vom Abstand r von der Achse.

ν = Lichtstrom, bei dem die Bruchgrcnze des Werkstoffs des stimulierbaren Mediums erreicht wird.

ι, = Emissionsfrequenz des optischen Senders.

I₁ = Lichtstromdichtc des I'hotoncnstroms an der Fintrittsfläche des optischen Senders.

Wenn diese Lösung auch in manchen Fällen zufriedenstellend ist. ist es jedoch offensichtlich, daß die Bestimmung der Funktionen I_nIc) und >, verschiedene Schwierigkeilen aulwirf; und es nicht immer

mit η als Brechungsindex des Werkstoffs der stimulierbaren Medien.

Fs ist ferner vorteilhaft, daß erstens bei verschiedenem Durchmesser 2 Λ und 2kR zweier aufein-

(Ό andcrfolgendcr stimulierbarer Medien das aus dem vorausgehenden Medium austretende Parallcl-Strah-Icnbündcl um den Faktor k durch ein afokales optisches System aufgeweitet wird, das aus einer Zerstreuungslinse und einer Sammellinse besteht.

<\s und daß zweitens die einander gegenüberliegenden Kegel aufeinanderfolgender Stäbe unterschiedliche

halbe öffnungswinkel 90

und 90 -

haben.

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_wülvi !>ei kleinem η der Abstand /. /wischen zwei aufcn, .!ulerfolgenden Stäben durch folgende Gleichini Ivstimmt ist:

("¹

laufend angenommen werden, auf dessen Ende,unter einen Einfallswinkel η und werden unter einem Winkel π' gebrochen, so daß gilt:

sin η =

sin

Die entstehende Richtungsabweichung D - <· », die Tür alle Strahlen gleich ist, lautet folgendermaßen:

Is dem Abstand zwischen dem bildr;ciiigen _n _ __n

■nkt der Sammellinse und der Kegelspitze D - in I)",

!!folgenden Mediums und mit _Πχ als dem 10 wenn der Winkel η hinreichend klein ist.

zwischen dem gegenstandsseitigen Brenn- Da alle diese Strahlen eine Einfallsebene haben,

jr Sammellinse und der Austritlsfläche des die die Drehachse x'x des optischen Senders enthalt, ■henden Mediums. treffen die aus dem Stab A_x austretenden, gebrochenen

;ilich empfiehlt es sich, daß zur Verringerung Strahlen sämtlich auf die Achse x'x und fallen mit !stromdichte im Bereich der optischen Achse 15 dem gleichen Einfallswinkel u auf die Eintrittsflache folgenden Mediums und zur Verringerung des Stabs A-,. Man erhält daher im Stab A₂ ein

,M^riiistP .nfy.it,,> η;,«.™™-, ,w .,„u_:: Bündel von Lichtstrahlen, die parallel zur Achse χ χ

verlaufen. Wie man leicht sieht, reicht es aus, damit alle vom Stab Ai emittierten Strvilen vom stab A₁ empfangen werden, wenn die Richtung Abweichung D,

irfindung wird an Hand der Zeichnung näher der Radius R der Stäbe und der Abstand L die rt. Es zeigt

Absi
pun'¹
vor.

Strai;

Met!..

D:
erläi¹.

Fi
Senc.

lierb-

tisch-.

Lichiiiromdichte in der Mitte des zweiten Stabs erzenat.

F:;_:. 4 ein Ausführungsbeispiel des optischen Senders gemäß der Erfindung, wenn die beiden

niverluste infolge Divergenz der kohärenten 11 im vorausgehenden Medium eine Kreis-

an der Austrittsfläche des vorausgehenden •us angebracht ist.

ein Ausführungsbeispiel des optischen gemäß der Erfindung, wenn die beiden als Nachverstärker dienenden Stäbe aus stimu-

m Medium den gleichen Radius haben, 2 und 3, wie verhindert wird, daß der op-

Sender gemäß der Erfindung eine zu große

Bedingung erfüllen:

tg D = _T, woraus bei kleinem Winkel in guter Näherung folgt:

Stäbe aus stimulierbarem
Radius haben, und

Medium verschiedenen

Daher läuft ein am Rand des Stabs A_x sich ausbreitender Lichtstrahl jetzt durch die Mitte des

.., Stabs A₁ und ein in der Mitte des Stabs A_x sich aus-

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel des optischen 35 breitender Lichtstrahl durch den Rand des Stabs A₁. Senders gemäß der Erfindung, wenn die im Stab A_x Obwohl der Winkel η keinen bestimmton Wert

sich ausbreitenden Lichtstrahlen nicht genau parallel anzunehmen braucht, abgesehen davon, daß er für zu dessen Achse verlaufen. beide Kegel gleich sein muß, ist es vorteilhaft, ihm

F i g. 1 zeigt einen optischen Sender mit einer nur einen kleinen Wert zu geben, um nicht nur die optischen Nachverstärkerkette gemäß der Erfindung, 4° Reflexionsverluste an der Austrittsfläche des Stabs,A_x wenn das von einem als optischer Nachverstärker zu verringern, sondern auch einen ausreichenden

Abstand der Stäbe zu ermöglichen, der mit den Abmessungen des gesamten optischen Senders verträglich ist.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß in dem Zwischenraum zwischen den beiden Nachverstärkern in Form der Stäbe A_x und A₁ keine übermäßige Lichtstromdichte und damit Energiekonzentration

_{I1U1 Lll},„„_ull„„ ^ ^„„,..,v...^.,. auftritt, da der kleinste Querschnitt des Strahls in Da die Intensität des vom Stab A_x emittierten 50 diesem Zwischenraum im wesentlichen ein Viertel kohärenten Lichtstrahls wie bereits erwähnt der Stabquerschnittsfläche ist. weil in der_;Mitte des einen radialen Verlauf hat. der zur Stabachse hin
mehr und mehr schwächer wird, richtet man auf die
Mitte des Stabs A₁ das Licht vom Umfang des Slabs A_x
und auf den Umfang des Stabs A₁ das Licht von der 55 werden, daß bei Austritt von Licht aus dem Mat) 4, Mitte des Stabs A_x. Das wird in besonders einfacher mit einer radialen Verteilung der Licht- bzw. Energie Weise dadurch erreicht, daß einerseits die Austritts- stromdichte, die ein Minimum in der Mitte hat. da; fläche des Stabs /I₁ und die Eintrittsfläche des Stabs am Stab A₁ eintreffende Licht eine radiale V erteiluiii Ί, die Form von Rotationskcgeln um die System- hat, die ein Maximum in der Mitte nat. Wenn 7 (r achse mit dem gleichen halben öffnungswinkel 90 -<, 60 die Energiestromdichte ist. die aus dem Stab /I₁ aus tritt, ist im Absfind ;· von der Achse ein Energie

dienenden zylindrischen Stab A_x aus stimulierbarem Medium mil dem Radius R, dem Brechungsindex η und der Achse x'x emittierte Licht in einen weiteren Nachverstärker in Form eines identischen Stabs A₁ aus stimulierbarem Medium mit gleicher Achse eindringt, der vom Stab A₁ um einen Abstand L entfernt ist, um die Homogenität des verstärkten kohärenten Lichtstrahls zu gewährleisten.

UwI OlClUljUwl -3W1111I lioiiitvii» .**... .--

optischen Sender? das ganze Licht dur;h einen Kreif mit dem Radius _Ί durchtritt. Es kann leicht geztig'

haben, wobei der Winkel η einen kleinen Wert hat. und andererseits der Abstand L folgender Gleichung '-!einigt:

[11

R I.

fts

Inter diesen Bedingungen treffen die Lichtstrahlen. c ;ils »cnaii parallel zur Achse des Stabs /I₁ vcr-

strom durch einen Kreisring mit dem Radius r um der Breite dr vorhanden:

d Φ = 7 |r) 2.τ rdr.

Dieser Fncrgicstrom. der in den Stab A₁ inncrhall eines Kreisrings mit dem Radius r' = R—r und de Ureite dr' = dr eindringt, erzeugt im Abstand r' voi

kr Achse eine Energiestromdichte '/'(O und damit ] Φ = ί'(γ') In(R-r) dr. so daß man erhält:

'/(''I - ί (rl

Man sieht unmittelbar, daß die Funktion 'i'(r') gjeich Null fiir r' = R und unendlich für r' = O ist. was im Prinzip einer Energiestromdichte an der Eintrittsfläche des Stabs A₁ entspricht, die Null am Rand und unendlich groß in der Mitte ist: daher wird die Verteilung 7 (r), die ein Minimum in der Mitte hat, zu einer Verteilung 7'(»■'), die in der Mitte ein Maximum hat.

Man muß daher damit rechnen, daß in manchen Fällen die (theoretisch unendlich große) Energiestromdichte in der Mitte des Stabs A₁ die Bruchgrenze des Werkstoffs des stimulierbaren Mediums überschreitet. Aus diesem Grund werden im folgenden gewisse Abwandlungen des optischen Senders gemäß der Erfindung beschrieben, die zur Begrenzung der Energiestromdichte an der Eintrittsfläche des Stabs A₁ dienen. Die Abwandlungen können in zwei Gruppen eingeteilt werden.

Bei der ersten Gruppe, die schematisch in F i g. 2 abgcHMct ist. wird an der Ausgangsfläche des Stabs A₁ eine Kreisblende B mit einem lichten Radius c angebracht. Daher tritt aus einer Randzone des Stabs A₁ mit einer Breite ο kein Licht aus, so daß kein Licht in der Mitte des Stabs A₁ zwischen r' = 0 und r' = 0 eintritt. Der Wert von ρ bzw. von c ist durch die Energiestromdichte bestimmt, die im Stab A₁ nicht überschritten werden darf.

Bei der zweiten Gruppe, die schematisch in F i g. 3 abgebildet ist. erhöht man den Abstand des Stabs A₁ vom Stab A_x um einen zusätzlichen Abstand IL. wodurch sich eine radiale Versetzung aller Eintrittspunkte der Strahlen ergibt, die dem Fehlen von Licht in der Mitte des Stabs A₁ bis zu einem Abstand o' von der Achse entspricht, wobei gilt:

a = (n-l)fi.iL.

In diesem Fall ist der Wert von ο bzw. 1L durch die Energiestromdichte bestimmt, die an der Eintrittsfläche des Stabs A₁ nicht überschritten werden darf.

Diese zweite Ausführung ist wesentlich vorteilhafter als die erste, weil sie zu einem geringeren Lichtverlust fuhrt. Im vorliegenden Fall geht das Licht verloren, das sich außerhalb der Eintrittsfläche des Stabs A₁ ausbreitet und aus einem Kreis mit dem Radius./ um die Mitte der Austrittsfläche des Stabs -I₁ stammt, d. h. aus dem Bereich, in dem der Energiestrom am schwächsten ist. während man bei Verwendung der Blende B dasjenige Licht verliert, das vom Rand der Austrittsfläche A_x aus einem Kreisring der Breite ο austritt, d. h. dem Bereich, wo der Energiestrom am stärksten ist.

F i g. 4 betrifft den Fall, daß die Stäbe A₁ und A₂ einen unterschiedlichen Radius R bzw. kk haben. Der vom Stab -4, emittierte Lichtstrahl wird hier um einen Faktor k durch ein afokales optisches System aufgeweitet, das aus einer Zerstreuungslinse L, und einer Sammellinse L₁ besteht. Auch hier haben die Austrittsflächen des Stabs .4, und die Eintrittsfläche des Stabs .4₂ die Form von Rotationskegeln um die Achse x'x des Systems, aber diese Kegel haben halbe öffnungswinkel = 90"-·/, und 90"-ί_:.

wobei ί, und <i> durch die Gleichung .i₂ = ", verknüpft sind.

Unter diesen Bedingungen tritt keine Änderung bezüglich der Richtungsabweichung D der vom Stab /4, emittierten Strahlen ein. die D = (m-1)«, bleibt.

wobei das afokale optische System die Richtungs-

abweichung auf _k verringert, aber die Parallelität der Strahlen erhält, die sich anfangs in der gleichen radialen Ebene des Stabs A_x befinden, wobei zur Aufrechterhaltung der Parallelität im Stab A₁ parallel zur Systemachse der Winkel <i₂ folgender Gleichung genügen muß:

, = (fl - 1)<ι₂.

d.h.

.,I

τ ■

Es sei A der Punkt, in dem die Strahlen vom Rand des Stabs A_x die Achse schneiden. Damit das vom Rand des Stabs A_x emittierte Licht in der Mitte des Stabs 4₂ ankommt und umgekehrt, ist es notwendig, daß üas afokale System den Punkt A in einem Bildpunkt A' abbildet, der sich auf der Kegelspitze der Eingangsfläche des Stabs A, befindet. Wenn der Winkel «, klein gewählt wird, das afokale System unter den Gaußschen Bedingungen arbeitet und maa setzt:

(ί = F₁Zl(F₁ ist der gegenstandsscitige Brennpunkt der Linse L₁) und

"' ⁼ ^?^ f ί '^st ^^er bildseitigc Brennpunkt der Linse L₂). dann erhält man:

wobei /j und /₂ die Brennweiten der beiden Linsen sind.

Wenn man den Abstand der Austrittsfläche dc<

Stabs A_x zum Brennpunkt F₁ n, = SF_x setzt, erhall man:

SA = 5F₁ + F_xA = σ
Daraus folgt:

j.Z 1-1

d.h.

Das ist im vorliegenden Fall die zu erfüllenc Bedingung, die an Stelle der Gleichung In— Il η =

tritt, die gilt, wenn die beiden Stäbe gleichen Durcl messer haben. Daraus ist ersichtlich, daß es zw Möglichkeiten der Einstellung gibt, nämhch der La; f>5 des afokalen optischen Systems und d*e Läse d Stabs A₁.

Es ist bis jetzt angenommen worden, daß ai Lichtstrahlen, die sich im Stab .4. ausbreiten, parat'

zur Achse x'x des rotationssymmetrischen Systems sind, so daß jeder Strahl in einer Ebene durch die Achse verlauft. Tatsächlich sind die Lichtstrahlen nicht immer genau parallel und -- wie F i g. 5 zeigt empfängt bei Verwendung von zwei Stäben mit gleichem Durchmesser ein Punkt P der AustrittsÜäche des Stabs /I₁ tatsächlich Strahlen, die im Innern eines Kegels verteilt sind, der als rotationssymmetrisch und mit einem halben öffnungswinkel G angenommen werden soll.

Der Einfallswinkel auf dieser Fläche ist daher nicht genau n für alle Strahlen, sondern kann irgendeinen Wert zwischen « + G und <ι - G annehmen.

Außerdem ist die Einfallsebene nicht mehr eine Ebene, die die Achse x'x unabhängig vom Strahl enthält. Daraus ergibt sich, daß das den Stab A_x im funkt P verlassende Licht auf den Stab A₂ nicht mehr in einem Punkt P' trifft, sondern auf eine tewisse Fläche um den Punkt P', so daß der vom Punkt P emittierte Strahl auf der Eintrittsfläche des Stabs A₁ einen Tieck bildet. Dieser Fleck hat eine radiale Ausdehnung 2a und eine tangentiale Ausdehnung 2b. Es ist ersichtlich, daß Voraussetzung für einen einwandfreien Betrieb der optischen Sender ist. daß α und b relativ zum Radius R des Stabs klein sind.

In radialer Richtung, wenn die Winkel <i (Neigung der Kegelflächen relativ zu einer Ebene senkrecht zur ^hse) und G (Strahldivergenz im Stab A₁) klein sind, bilden die im Punkt P ankommenden Strahlen an der Austrittsfläche des Stabs A_x ein Strahlenbündel mit dem halben öffnungswinkel η G. Die Neigung zur Achse des mittleren Strahls dieses Strahlenbündels ist D = (n-l)«. wenn die Einstel-

lungsbedingung In-ll-i= erfüllt ist. so daß die

radiale Abmessung α des auf der Eintrittsfläche des Stabs A₂ gebildeten Flecks im wesentlichen bestimmt ist durch:

π H R

L =

, ...
in - 1) η

Damit α bedeutend kleiner als R ist, muß daher G sehr viel kleiner als η sein. Daraus ergibt sich, daß der Winkel <i zwar klein, aber nicht zu klein sein darf. So ergibt sich für η = 1.5 und tt = 5 · HT* rad.

wenn - kleiner oder gleich IU ² sein soll, ein Win-

kel '< größer oder gleich 0.Ί5 rad (etwa 9^C). 5<-

Da außerdem radial die Strahlen quer zu einer Luftschicht mit parallelen Flächen verlaufen, erhält man im Stab .4, einen Strahl, dessen radiale Divergenz G ist.

In bezug auf den Lichtverlust ist festzustellen, daß ?> das Licht von der Mitte des Stabs .4, teilweise verlorengeht, da ungefähr die Hälfte der Strahlen außerhalb des Stabs A₁ verläuft. Das vom Rand des Stabs A_x stammende Licht geht ebenfalls teilweise verloren. da ein Teil der Strahlen von der verkehrten Seite to relativ zur Kegelspitze der Eintrittsfläche des Stabs ,-I₂ verläuft. Diese Lichtverluste können insgesamt verringert werden, indem eine Blende an der Austrittsfläche des Stabs A_x angebracht oder vorzugsweise der Stab .4- um einen Abstand IL' zurückgesetzt wird:

^{1 L} ~~ D in - 11 α '

Das gesamte aus dem Rand des Stabs A_x austretende Licht verläuft dann zur richtigen Seite des Stabs A₁. Man verliert dann zwar das gesamte von der Mitte des Stabs A_x austretende Licht, aber diese Verluste sind viel schwächer als der durch das andere Licht erzielte Gewinn.

Die Verwendung einer Blende an der Austrittsfläche des Stabs A_x oder das Versetzen des Stabs A₂ erlaubt also nicht nur wie oben angegeben die Verringerung der Energiestromdichte in der Mitte des Stabs A₂, sondern auch die Verringerung der Lichtverluste infolge Divergenz der Strahlen im Stab A_x.

In tangentialer Richtung kann auf Orund des Brechungsgesetzes gezeigt werden, daß. wenn die Winkel klein sind (wie es bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der Fall ist), die im Punkt P eintreffenden Strahlen an der Austrittsfläche des Stabs A_x ein Bündel ergeben, dessen Divergenz noch gleich η G ist. Die tangentiale Abmessung des durch das Lichtbündel an der Eintrittsfläche des Stabs A_x gebildeten Flecks ist daher im wesentlichen b = η GL.

In dieser Richtung ist aber die Eintrittsfläche des Stabs A₁ mit einer gewissen Krümmung versehen, und man kann durch eine sehr umfangreiche Rechnung zeigen, die hier nicht wiedergegeben ist. daß die tangentiale Divergenz des Bündels gleich 0 ist. wenn r' = R ist. aber zunimmt, wenn man sich der Achse nähert. Das führt ebenfalls zu Lichtverlusten, die verringert werden können, indem der zur Achse benachbarte Bereich unterdrückt wird, was durch Anordnung einer Blende an der Austrittsfläche des Stabs A_x oder durch Rücksetzen des Stabs A₂ erreicht werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender mit optischen Nachverstärkern für kohärentes Licht, bei welchem eine unterschiedliche Lichtstromdichte über den Querschnitt der stabiormigen stimulierbaren Medien, die durch eine am Stabumfang gegenüber dem zentra'en ium die optische Achse herum) liegenden Bereich unterschiedliche optische Anregung verursacht ist. ausgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim übergang des zu verstärkenden kohärenten Lichts von einem stimulierbaren Medium in das nachfolgende ein vollkommender Bereichswechsel in der Weise durchgeführt ist. daß alle peripheren Strahlen de« vorausgehenden stimulierbaren Mediums im zentralen, um die optische Achse liegenden Bereicr des nachfolgenden stimulierbaren Mediums weiter verstärkt werden und umgekehrt alle zentraler Strahlen des vorausgehenden stimulierbaren Me diums an der Peripherie des nachfolgerden Me diums weiter verstärkt werden.

2. Optischer Sender nach Anspruch 1. dadurcl gekennzeichnet, daß die stimulierbaren Mediei der Verstärkerkette [A₁. A₂) als Stirnflächen nacl außen vorspringende Kegel als stumpfe konisch Flächen mit der optischen Achse als Rotations achse aufweisen, wobei die Abweichung des ha ben öffnungswinkels von 90⁼ klein genug ist. ur Lichtverluste durch Reflexion an den Stabende zu vermeiden.

3. Optischer Sender nach Anspruch 2. dadurc gekennzeichnet, daß bei gleichem Durchmess« 2R zweier aufeinanderfolgender stimulierbar« Medien (.4,. .4₂) der halbe öffnungswinkel beidi

209 617/3?

Kegei 9(Γ — n beträgt, wobei bei kleinem n der Abstand L zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben durch folgende Gleichung bestimmt ist:

mit η als Brechungsindex des Werkstoffs der stimulierbaren Medien.

4. Optischer Sender nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß erstens bei verschiedenem ro Durchmesser 2R und IkR zweier aufeinanderfolgender stimulierbarer Medien (A₁ und A₂) (vgl. Fig. 4) das aus dem vorausgehenden Medium [A₁) austretende Parallel-Strahlenbündel um den Faktor k durch ein afokales optisches System aufgeweitet wird, das aus einer Zerstreuungslinse (L₁) und einer Sammellinse (L₂) besteht, und daß zweitens die einander gegenüberliegenden Kegel aufeinanderfolgender Stäbe (Λ, und A₂) unterschiedliche halbe öffnungswinkel 90" - π und 90 - ■£' haben, wobei bei kleinem n der Abstand L zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben durch folgende Gleichung bestimmt ist:

(η- l)„

mit α' als den Abstand zwischen dem bildseitigen Brennpunkt (F₂) der Sammellinse (L₂) und der Kegelspitze des nachfolgenden Mediums (A₁) und mit er, als dem Abstand zwischen dem gegenstandsseitigen Brennpunkt (F,) der Sammellinse (L₂) und der Austrittsfiäche des vorausgehenden Mediums (A₁).

5. Optischer Sender nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Lichtstromdichte im Bereich der optischen Achse des nachfolgenden Mediums (A₂) und zur Verringerung der Lichtverluste infolge Divergenz der kohärenten Strahlen im vorausgehenden Medium [A₁) eine Kreisblende (ß) an der Austrittsfiäche des vorausgehenden Mediums (A₁ ) angebracht ist.

6. Optischer Sender nach den Ansprüchen 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Lichtstromdichte im Bereich der optischen Achse des nachfolgenden Mediums (A₂) und zur Verringerung der Lichtverluste infolge Divergenz der kohärenten Strahlen im vorausgehenden Medium (/I₁) der nachfolgende Mediumsstab (A₂) in einem Abstand L+ IL vom vorausgehenden Mediumsstab (A_{) angeordnet ist. der wesentlich größer als der Abstand L ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen