CH422182A - Optischer Festkörpersender - Google Patents

Description

  Optischer     Festkörpersender       Die     Erfindung    betrifft     einen        optischen    Festkörper  sender mit     einem        zylindrischen,        ;

  selektiv        fluores@zenroen     Medium,     Idas        idurch    eine     Anregungsenergiequelle    zur       Strahlungsemission        angeregt    wird und     planparallele     Boden- und     Deckflächen        besitzt.        Sender    dieser Art  werden als     Festkörperlaser    bezeichnet.

   Die bekannten       Festkörperlaser        -enthalten    im     allgemeinen    einen Stab  aus einem aktiven Material, das für eine indu  zierte Strahlungsemission geeignet ist und ent  weder durch optische oder elektrische Mittel ange  regt wird, die die Atome in höhere     Energieniveauis          -bringen.    Wie bekannt, kehren     idie    angeregten Atome  von dem höheren Energieniveau zum normalen oder       Grundniveau    zurück und senden hierbei Licht     aus.     Im     allgemeinen        ist    ;

  der Stab     ran    einem Ende     voll-          @ständig        reflektierend        und        am        -anderen    Ende halb       durchlässig,        @so        :dass    der     Photonenstrom    zwischen den  beiden Enden hin und her     läuft    und     ischliesslioh    aus       idem    halb     durchlässigen    Ende austritt.

   Während :des       Hin-    und     Herlaufens    dos     Photonenstromes    lösen die       Photonen    die     Emissionen    anderer     Photonen    derglei  chen     Wellenlänge    .aus,     iso        @dass        eine        verstärkende    Wir  kung entsteht     und    in     Richtung    der     Stabachse        eine          intensieve    Strahlung entwickelt wird.

   Die     Abmessung-          gen    ödes Stabes     -sind        mit    :grosser     Genauigkeit    so ge  wählt,     ,dass    der Stab wie     -ein        Ras.onanzraum    wirkt,  der die Strahlung parallel zur     Stabachse        begünstigt     und anders ,

  gerichtete Strahlung     unterdrückt.    Ein äu  sserst     intensiver    und     gebündelter        kohärenter        Licht-          strahl    tritt aus dem     halb        durehläs:sigen        Ende        :dies     Stabes :aus.  



  Ziel oder     vorliegenden        Erfindung        ist    eine Laser  anordnung zu     schaffen,    die wie ein     Rundstrahler          wirken        kann.     



       Die    Anregungsenergiequelle wird erfindungsge  mäss so angeordnet, dass ihre Strahlung senkrecht    auf die Deck- bzw. Bodenfläche auftrifft und dass  die Seitenfläche teilweise reflektierend ausgebildet       wird.    In     einer        bevorzugten    Ausführungsform ist der  Laser     kreisscheibenförmig    ausgebildet und     .gestattet     es, eine ebene Strahlung kreisförmiger Charakteristik  zu erzeugen.

       Derartige    Lichtquellen werden     insbe-          sondere    benötigt für Signal und     Warnsysteme,    wel  che     dwe    Ausbreitung !des     Lichtes        in        einer    Ebene     :er-          fordern.     



  Die Erfindung wird     durch        Ausführungsbeispiele     anhand von sechs Figuren     näher        erläutert.    Es zeigen:       Fig.    1     .einen    .zylindrischen Laser gemäss     ider    Er  findung,       Fig.    2 den Laser der     Fig.    1 mit der Anregungs  strahlung,

         Fig.    3 und 4 eine     Seitenansicht    und eine     Drauf-          sieht    (des     Lasers    nach     Fig.    1 zur     Verdbutlichu        ng    der  physikalischen Zusammenhänge,       Fig.    5 eine     optische        Anregungsquelle,          Fig.    5A die     Anordnung        dieser        Anregungsquelle     und       Fig.6    die Strahlungscharakteristik eines erfin  dungsgemässen Lasers.  



  In     Fig.    1 ist     ;ein    Laser 10 dargestellt, der einen  Körper aus einem aktiven     Material    enthält, der für       eine        induzierte        Strahlungsemission        :geeignet    ist.

   Dafür       kommen,in    Frage ein     synthetischer        Rubinkristall        aus     Aluminiumoxyd, der mit Chrom     dotiert    ist, mit     Neo-          ,dym        d'otiertos        Calciumwolframat,        mit        Dysprosium    d     @o-          tierteis        Caleiumfluorid    usw.

   Der Laser 10 hat     zylindri-          sche    Gestalt und     .eine    ebene     Deckfläche    11, sowie       eine    ebene     Bodenfläche    12,     idie        parallel        zueinander     verlaufen.     Zwischen    der Deck- und     Bodenfläche        und          senkrecht        zu,diesen    liegt     eine    teilweise reflektierende       Seitenfläche    13.

   Der Laser 10 .hat eine     @scheibenför-          mige    Gestalt, bei der     idie    Höhe :der     Seitenfläche    13      und demzufolge ,die Dicke     ides        ganzen        Zylinders        klein.          im    Vergleich zum     Durchmesser        der        Deck-        und        Bo-          denfläche        ist.        Ein        scheibenförmiger    Laser  <RTI  

   ID="0002.0015">   wurde    we  gen d er     Gleichmässigkeit    der     Strahlung        gewählt.    Wer  den andere     Strahlungscharakteristiken        gewünscht,    so  kann man andere     Zylinderformen    oder     stumpfe        Pris-          men    vorsehen.

       Ein.        Zylinder    besteht     in    seiner     alltge-          muinsten    Form aus zwei     parallelen    Ebenen     und        einer     gebogenen     Zylinderfläche,        die        durch    Anlegen an     eine     vorgegebene Kurve     in    d en Ebenen     entsteht.     



  Um die     Anregungsstrahlung,        tdie        vorwiegend     durch die Deckfläche 11 in     Iden    Laser 10     eintritt,    zu       reflektieren,        ist    die Bodenfläche 12 mit einem     reflek-          tierenden    Belag 14 versehen.  



  In     Fig.    2     ist    die     Anregungsstrahlung    16     därge-          stellt,    die     beispielsweise    von einer     Lichtquelle    her  rührt. Sie trifft     senkrecht    .auf ;die Deckfläche 11     des     Lasers 10 auf. Die     Lichtstrahlen        dringen    in den  Laser 10 ein und gelangen     zur        Bodenfläche    12.

   Hier  bei. regen sie     tdie    Atome     des        Lasers    10     zu        höheren     Energiezuständen .an. Die Strahlen     werdendann    wie  der zur     Deckfläche    11     idurch    den     reflektierenden     Belag 14 zurückgeworfen.

       Während    die     Strahlung        Aden     Laser     idurchdringt,    wird     Energie        .absorbiert.    Es ist  deshalb die Energie .in der Nähe der     Deckfläche    11       grösser    als in der     Nähe    der     Bodenfläche    12;

   die  Atome in der     Nähe    der Deckfläche werden     @deshalb     stärker     !angeregt    als     die    in der     Nähe    -der     Boden-          fläche.    Nach dem     Reflektieren        ider        Strahlen    16     durch     die     reflektierende        Oberfläche    14 regen diese     Strahlen     die Atome in der Nähe der Grundfläche 12 und in  einem     geringeren    Masse die Atome in der Nähe der       

  Deckfläche    11 an, so dass hierdurch     eine        ,gleiohmässi-          gere    Anregung der Atome     innerhalb        .des        Lasers    10  zustande     kommt.    Der     reflektierende    Belag 14 be  wirkt so, :dass nach der     Reflexion        auch    die Strahlung       absorbiert    werden     kann,    die     sonst        verloren        ginge,     so dass     der        Wirkungsgrad    ;

  der     Anordnung        steigt.    Ist       kein        reflektierender    Belag 14     vorhanden,    so wird man  die     Anregungsenergte    so     hoch        wählen    müssen,     idass     die Atome     in    dem Laser 10     gleichmässig    angeregt  werden. Man kann auch     Anregungsquellen    an     beiden     .ebenen Flächen der Scheibe vorsehen.

   Durch     Iden          reflektierenden    Belag 14 ist es also     möglich,    mit       weniger        Lichtquellen    oder     mit        einer        Lichtquelle        ge-          ringerer    Leistung für die     Anregung        .auszukommen.     Zum     besseren        Verständnis    der     Wirkungsweise        sind     die Figuren 3 und 4 vorgesehen.  



  In     Fig.    3 sind drei Ionen 20, 21 und 22 stell  vertretend für die Ionen innerhalb des     Laserkristalles     10     dargestellt.        Durch    die     Anregungsenergie    werden  die Ionen 20, 21 und     22i    angeregt und     cemittieren     Photoren. Das Ion 20 emittiert z.

   B. ein     PPhoton     in Richtung des Weges A,     Idas        idie        Emission    von  phasengleichen Photoren der gleichen Wellenlänge  -bei :anderen Ionen     auslöst,        die        längs        dies        Werges    A       liegen,    also z.

   B. bei     idem    Ion 21.     Die        Strahlung     trifft auf die     Seitenfläche    13     und,        id:a    .im     vorliegenden     Fall     die        Seitenfläche        im        wesentlichen        senkrecht    zum  Weg verläuft und     teilweise        reflektierend    ,ausgebildet         ist,

      wird     die        Strahlung    durch den     Laserkristall    re  flektiert, und zwar in     Richtung    :des     mit    A'     bezeich-          neten    Weges.  



       Fig.    4 zeigt     eine        Draufsicht    des Lasers 10     und     hieraus ist     ersichtlich,    dass     die    Wege<I>A</I> und<I>A'</I>     sienk-          recht    zur     Seitenwand        ider        Laserscheibe    10     liegen.     Die     Photoren    werden     demzufolige    immer     wieder    längs       (des    gleichen Weges     reflektiert    und     treten   

       schliesslich     radial aus der     Scheibe    10     aus.    Wie .in     Fig.    3     idarge-          stellt,    kann die     Photonenstrahlung        auch        andere        Rich-          tungen    haben.

   Es !sei .auf     Iden        Photonenweg    B auf  merksam gemacht, oder von     dem    Ion 22     herrührt.     Bei     idiesiem        Beispiel    und     im    Fall direkter     ;Photonen-          strahlung        durch    die     ,Deckfläche,    wie sie     :

  durch        Iden     Weg C angedeutet ist, werden     wenige        zusätzliche     Ionen angeregt, da der Weg     ider    Photoren     .innerhalb     des     Kristalles        nicht        lang        genug    ist.     In        Fig.    4     ist        ein     Ion 23 und der Weg     einer        :

  emittierten        Photonenstrah     lang ,dargestellt, für Aden Fall, dass die     Strahlung,auf          idie        Seitenfläche    13 nicht senkrecht,     sondern        unter          :

  einem    hiervon abweichenden     Winkel        auftrifft.    Das  RTI ID="0002.0246" WI="2" HE="4"LX="1140" LY="1112">  e        im,        'ttierte        Photon        folgt        dem        Weg        D,        wird        von        der          Seitenfläche    in den Weg D'     reflektiert,

          .durchquert          idie        Laserscheltbe    10 und wird erneut längs des     Weges     D"     reflektiert    und mag     schliesslich        durch        (die        Seiten-          fläche        13i    des Lasers     .austreten.    Hieraus mag     ersicht          lich        .sein,    dass zwar die Ionen     innerhalb        ides    Lasers 10  dazu angeregt werden,

   Photoren in     verschiedenen          Richtungen    zu     emittieren,    dass aber nur     diejenige     Strahlung, die auf dem gleichen Weg von der Seiten  wand reflektiert     wird,    auf dem sie     angekommen    ist,  weitere Ionen auf     diesem        Weig    zur     Emission    von  Photoren adergleichen Wellenlänge     anregen    kann, so  (dass     sich    längs dieser Wege     .eine        intensive    Strahlung  entwickelt.

   Bei dem     ischeibenförmigen    Laser nach       Fig.    4 tritt diese     verstärkende    Wirkung nur     'an        ra-          ,dialer        Richtung    auf. Das Laserlicht tritt in     allen          Richtungen        radial    aus dem Laser :aus und hat     teine     im wesentlichen kreisförmige Charakteristik.  



  Damit die     Atome.        innerhalb    des Lasers 10     gleich-          mässig    angeregt werden, soll     (die        Anregungsstrahlung          im    wesentlichen     senkrecht    auf     die        Deckfläche        des     Lasers     treffen.    In     Fig.    5 ist eine optische Anregungs  quelle :gemäss einer     Ausführungsform    (dieser Erfin  dung dargestellt.

   Die optische     Anregungsquelle    30       enthält        eine    im     wesentlichen    ebene,     gasgefüllte,    spi  ralförmige Röhre, die     idie        Atome        innerhalb    des Lasters  10     gleichmässig        ,zu        höheren        Energiear        uständen    anregt,

         wenn    sie     in    der Nähe der ebenen Oberfläche     ides     Lasers     liegt    und     die    Ebene der     Spirale    im wesent  lichen     parallel    zur Ebene der Deckfläche des     Lasters          verläuft        (Fig.    5A).

   Durch die     Anregung        emittiert     der Laser Lichtstrahlen mit einer Charakteristik nach  Art     eines        Rundstrahlers,    wie     is.ie        in        Fig.    6     idargestellt     ist.

       Mit    oder     Laseranordnung        nacht    der     vorliegenden     Erfindung lässt sich eine     Strahlungscharakteristik        ko-          härenter        Lichtstrahlen        mit        :äusserst        hohler    Energie  dichte, erzielen.

   Die     Rundstrahlereharakteristik        iist        be-          isonders    gut geeignet für Signal-     und        Warnsysteme,          idie        eine        ebene    Strahlung erfordern.

   Beispiele h:. _=-      für     sind        Luftwarnanlagen,    Leuchtfeuer für     Schiffe,          Flugzeuge        usw.    Durch     andere        Zylinderformen         & s     Mediums lässt sich eine andere Charakteristik der ko  härenten     Lächtstrahlen    erzielen.

   Eine     Strahlung    mit  ungleichförmiger Dichte entsteht bei dem Laser 10,  wenn     die        optische    Anregungsquelle an     einigen        Stellen     näher an der Deckfläche     liegt,als    an anderen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Optischer Festkörpersender mit einem zylindri schen, selektiv fluoreszenten,Medium, das durch eine Anregungsenergiequelle zur Strahlungsemission @ange- regt wird und planparallele Boden- und Deckflä chen besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die An regungsenergiequelle (30) iso angeordnet ist, dass ihre Strahlung (16) senkrecht auf die Deck- bzw.

   Boden fläche (11 bzw. 12) @auftrifft, und dass die Seiten- fläche (13) teilweise reflektierend :ausgebildet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Optischer Festkörpersender nach Patentan- spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungs- energiequelle unmittelbar neben der Deck- bzw.

   Bo denfläche :angeordnet ist (Fig. 5A). 2. Optischer Festkörpersiender nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungs- energiequelle als ebene Lichtquelle ausgebildet ist, deren Ebene parallel zur Deck- bzw.

   Bodenfläche versäuft und dass die von der Lichtquelle abgewandte Endfläche (11 bzw. 12) ides zylindrischen Mediums mit einem reflektierenden Belag (14) versehen äst (Fig. 1).

   3. Optischer Festkörpersender nach Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Licht quelle eine flach ausgebildete Gaseniladungslampe dient (Fig. 5). 4. Optischer Festkörpersender nach Unteran- ispr:uch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasent- ladungslampe spiralförmig ist (Fig. 5).

   5. Optischer Festkörpersender nach Patentan spruch, @dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe dies zylindrischen Med ums wesentlich kleiner Tals dessen Durchmesser .ist, so idass Idas Medium ,scheibenförmige Gestalt hat (Fig. 1).