FR2562729A1 - Apparatus for sampling a high-energy pulsed light beam, in particular a pulsed laser and application of this apparatus to the adjusting of the light beam - Google Patents
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Abstract
Description
Appareil pour échantillonner un faisceau lumineux pulsé de grande énergie, notamment un laser pulsé et application de cet appareil au réglage du faisceau lumineux.Apparatus for sampling a high energy pulsed light beam, in particular a pulsed laser and application of this apparatus to the adjustment of the light beam.
L'invention est relative à un appareil pour échantillonner un faisceau lumineux pulsé de grande énergie, notamment un laser pulsé, comportant un capteur avec un détecteur optique,notamment formé par une photodiode. The invention relates to an apparatus for sampling a pulsed light beam of high energy, in particular a pulsed laser, comprising a sensor with an optical detector, in particular formed by a photodiode.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un appareil relativement simple et robuste qui permette d'effectuer un contrôle en temps réel du faisceau lumineux pulsé, notamment en vue d'un réglage efficace de ce faisceau.The object of the invention is, above all, to provide a relatively simple and robust device which makes it possible to carry out real-time control of the pulsed light beam, in particular with a view to effective regulation of this beam.
Selon l'invention, l'appareil du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que le capteur comprend un boitier muni d'une ouverture destinée à être traversée, suivant son axe, par le faisceau lumineux, le détecteur optique étant monté dans une paroi latérale limitant l'ouverture et étant écarté radialement de l'axe de cette ouverture tout en étant orienté vers ledit axe de manière à capter une fraction de l'énergie lumineuse du faisceau diffusée latéralement, le boîtier pouvant être équipé d'une prise extérieure, notamment pour câble coaxial, branchée sur le détecteur optique. According to the invention, the device of the kind defined above is characterized in that the sensor comprises a box provided with an opening intended to be traversed, along its axis, by the light beam, the optical detector being mounted in a wall lateral limiting the opening and being radially spaced from the axis of this opening while being oriented towards said axis so as to capture a fraction of the light energy of the beam scattered laterally, the housing being able to be equipped with an external socket, especially for coaxial cable, connected to the optical detector.
Un oscilloscope échantillonneur peut être branché sur le détecteur optique, notamment par l'intermédiaire de la prise extérieure, et permet de visualiser sur un écran les impulsions lumineuses. A sampler oscilloscope can be connected to the optical detector, in particular via the external socket, and allows the light pulses to be displayed on a screen.
Avantageusement, les dimensions du boîtier, formant capteur, sont telles qu'il peut être placé entre les deux miroirs de la cavité résonnante d'un laser. Advantageously, the dimensions of the housing, forming a sensor, are such that it can be placed between the two mirrors of the resonant cavity of a laser.
Le boîtier peut également être placé à l'exté- rieur de la cavité résonnante. The housing can also be placed outside the resonant cavity.
Une application de cet appareil consiste dans un système d'asservissement du parallélisme des miroirs d'un laser, ou de la puissance du faisceau lumineux, à partir des signaux fournis par le détecteur optique. One application of this device consists in a system for controlling the parallelism of the mirrors of a laser, or the power of the light beam, from the signals supplied by the optical detector.
L'invention consiste, mises à part les dispo sitions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ciaprès à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence au dessin ci-annexé , mais qui n'est nullement limitatif. The invention consists, apart from the provisions set out above, in certain other provisions which will be more explicitly discussed below in connection with a particular embodiment described with reference to the attached drawing, but which is not in no way limitative.
La figure 1, de ce dessin , est un schéma d'un appareil conforme à l'invention. Figure 1 of this drawing is a diagram of an apparatus according to the invention.
La figure 2 est une vue schématique en perspective du boîtier du capteur. Figure 2 is a schematic perspective view of the sensor housing.
La figure 3 est un schéma du circuit électronique du boîtier. Figure 3 is a diagram of the electronic circuit of the housing.
La figure 4, enfin, représente schématiquement une application de l'appareil conforme à l'invention à un asservissement. Figure 4, finally, schematically shows an application of the apparatus according to the invention to a servo.
En se reportant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1, on peut voir un appareil A pour échantillonner un faisceau lumineux pulsé f de grande énergie constitué par un faisceau laser pulsé. Cet appareil comporte un capteur C comprenant un boîtier 1 muni d'une ouverture 2, destinée à être traversée, suivant son axe, par le faisceau lumineux f ; l'ouverture 2 est circulaire et est limitée par une paroi latérale 3 cylindrique, par exemple métallique, faisant saillie vers l'extérieur par une partie 4 filetée extérieurement. Referring to the drawings, and more particularly to FIG. 1, one can see an apparatus A for sampling a pulsed light beam f of high energy constituted by a pulsed laser beam. This device comprises a sensor C comprising a housing 1 provided with an opening 2, intended to be traversed, along its axis, by the light beam f; the opening 2 is circular and is limited by a cylindrical side wall 3, for example metallic, projecting towards the outside by a part 4 externally threaded.
Le capteur comprend un détecteur optique formé par une photo-diode 5 montée dans la paroi latérale 3, écartée radialement de l'axe de l'ouverture 2 tout en étant orientée vers ledit axe. La photo-diode 5 peut ainsi capter une fraction de l'énergie lumineuse du faisceau f diffusée latéralement, sans causer d'altération ou sans arrêter une partie de ce faisceau.The sensor comprises an optical detector formed by a photo-diode 5 mounted in the side wall 3, spaced radially from the axis of the opening 2 while being oriented towards said axis. The photo-diode 5 can thus capture a fraction of the light energy of the beam f scattered laterally, without causing alteration or without stopping part of this beam.
Le boîtier 1 comporte une prise extérieure 6, pour câble coaxial, branchée sur la photo-diode 5. The box 1 has an external socket 6, for coaxial cable, connected to the photo-diode 5.
Un oscilloscope échantillonneur 7 est branché, par un tel câble coaxial 8, sur cette prise 6 et permet de visualiser sur un écran 9 les impulsions lumineuses. A sampler oscilloscope 7 is connected, by such a coaxial cable 8, to this socket 6 and makes it possible to display the light pulses on a screen 9.
La source d'alimentation électrique de la photodiode 5, constituée par une batterie 10 (fig. 3) est disposée à l'intérieur du boîtier 1 de telle sorte que toutes les connexions à l'exception du câble coaxial 8, sont éliminées. Le boîtier 1 peut avoir la forme d'un parallélépipède rectangle, comme visible sur la figure 2; la batterie 10 peut être une batterie de 22,5 volts. The electric power source of the photodiode 5, constituted by a battery 10 (fig. 3) is arranged inside the housing 1 so that all the connections except for the coaxial cable 8, are eliminated. The housing 1 can have the shape of a rectangular parallelepiped, as visible in FIG. 2; the battery 10 can be a 22.5 volt battery.
Les dimensions du boîtier 1 sont telles qu'il peut être placé entre les deux miroirs 11, 12 (fig. 1-) dans la cavité résonnante d'un laser. The dimensions of the housing 1 are such that it can be placed between the two mirrors 11, 12 (fig. 1-) in the resonant cavity of a laser.
I1 est à noter que le boîtier 1 formant capteur
C peut être placé en dehors de la cavité résonnante, l'axe de l'ouverture 2 étant toujours confondu avec celui du faisceau f, mais l'amplitude du signal recueilli sur la prise 6 ne sera plus la même pour une impulsion de la même puissance. Les réglage et étalonnage effectués intracavité ne sont donc plus valables, et doivent être recommencés, lorsque le boîtier est placé en dehors de la cavité résonnante.I1 it should be noted that the housing 1 forming a sensor
C can be placed outside the resonant cavity, the axis of the opening 2 being always coincident with that of the beam f, but the amplitude of the signal collected on the socket 6 will no longer be the same for a pulse of the same power. The adjustments and calibration carried out intracavity are therefore no longer valid, and must be restarted, when the box is placed outside the resonant cavity.
I1 est à noter également que le boîtier 1 peut rester en permanence dans la cavité résonnante, sans entraver le bon fonctionnement du laser et permettre ainsi de détecter toutes les variations de puissance du faisceau telles que changement d'alignement, variation de l'alimentation, et toutes les variations de fréquence et de longueur temporelle. I1 should also be noted that the box 1 can remain permanently in the resonant cavity, without hampering the proper functioning of the laser and thus making it possible to detect all variations in power of the beam such as change of alignment, variation of the power supply, and all variations in frequency and time length.
A titre d'exemple numérique, non limitatif, on peut indiquer que les dimensions du boîtier 1 sont de l'ordre de 70 x 70 x 32 mm ; le domaine spectral de la photo-diode 5 est de 300 à 1100 nanomètres, tandis que la vitesse de résolution est de l'ordre de la nanoseconde. As a nonlimiting numerical example, it can be indicated that the dimensions of the housing 1 are of the order of 70 x 70 x 32 mm; the spectral range of the photo-diode 5 is from 300 to 1100 nanometers, while the resolution speed is of the order of a nanosecond.
Pour le cas où l'on obtiendrait un signal de sortie de la photo-diode 5 sur la prise 6 d'amplitude insuffisante, on pourrait, dans un premier temps, faire passer le faisceau lumineux f plus près de la diode 5 en déportant radialement l'axe de l'ouverture 2 par rapport à l'axe du faisceau f, tout en maintenant parallèles ces deux axes. En prévoyant un orifice 13 (fig. 2) ménagé dans le boîtier suivant l'axe d'orientation de la photo-diode 5 et débouchant sur une face latérale de ce boîtier, on pourrait également éclairer la photo-diode 5 directement perpendiculairement à sa zone active en faisant passer le faisceau lumineux f,dans un premier temps, par l'orifice 13, l'axe du faisceau f et celui de louver- ture 2 étant alors perpendiculaires.Il convient, bien entendu, avant d'effectuer une telle manoeuvre de s'assurer de la tenue de la photo-diode au flux lumineux du faisceau f. Une telle opération permet d'effectuer un premier réglage de la puissance du faisceau lumineux f pour ensuite replacer le boîter 1 avec son axe confondu avec celui du faisceau f, la photo-diode 5 ne recueillant alors que l'énergie diffusée latéralement (effet Raman). For the case where one would obtain an output signal from the photo-diode 5 on the socket 6 of insufficient amplitude, one could, at first, pass the light beam f closer to the diode 5 by shifting radially the axis of the opening 2 relative to the axis of the beam f, while keeping these two axes parallel. By providing an orifice 13 (fig. 2) formed in the housing along the axis of orientation of the photo-diode 5 and opening onto a lateral face of this housing, one could also light the photo-diode 5 directly perpendicularly to its active area by passing the light beam f, firstly, through the orifice 13, the axis of the beam f and that of the opening 2 then being perpendicular. It is of course advisable before carrying out such a maneuver to ensure that the photo-diode is held by the light flux of the beam f. Such an operation allows a first adjustment of the power of the light beam f to then replace the box 1 with its axis coincident with that of the beam f, the photo-diode 5 then collecting only the energy scattered laterally (Raman effect ).
La figure 3 illustre schématiquement le montage électronique de la photo-diode 5 qui est alimentée. par l'intermédiaire d'une résistance en série 14, par la batterie 10. La cathode de la diode 5 est reliée à une borne de la prise 6, tandis que l'autre borne de cette prise est reliée au pôle négatif de la batterie 10. Un condensateur 15 est branché en dérivation entre l'anode de la diode 5 et la borne négative de la batterie 10. FIG. 3 schematically illustrates the electronic assembly of the photo-diode 5 which is supplied. by means of a resistor in series 14, by the battery 10. The cathode of the diode 5 is connected to one terminal of the socket 6, while the other terminal of this socket is connected to the negative pole of the battery 10. A capacitor 15 is connected in bypass between the anode of the diode 5 and the negative terminal of the battery 10.
Tout ce circuit est logé dans le boîtier 1.This entire circuit is housed in box 1.
L'utilisation et le fonctionnement de appareil résultent immédiatement des explications précédentes. The use and operation of the device immediately follow from the previous explanations.
L'oscilloscope 7 est branché par le câble 8 sur la prise 6 du boitier 1. Ce boîtier formant capteur, est placé de manière que son ouverture 2 ait son axe confondu avec celui du faisceau f, de préférence à l'intérieur de la cavité résonnante du laser. The oscilloscope 7 is connected by the cable 8 to the socket 6 of the case 1. This sensor-forming case is placed so that its opening 2 has its axis coincident with that of the beam f, preferably inside the cavity resonant of the laser.
L'oscilloscope 7 étant mis en marche, et en position normale, on règle le niveau de déclenchement de telle sorte que la hauteur d'image du signal apparaissant sur l'écran 9 soit supérieure à 1 cm; avec une fréquence d'impulsions suffisamment grande on peut rester en position auto
matique
I1 est à noter, cependant, que le travail devient difficile si la fréquence des impulsions est inférieure à 4 Hz, l'appareil étant destiné, d'une manière générale,à des fréquences supérieures à 4 Hz.The oscilloscope 7 being started, and in the normal position, the trigger level is adjusted so that the image height of the signal appearing on the screen 9 is greater than 1 cm; with a sufficiently high pulse frequency you can stay in the auto position
matic
It should be noted, however, that the work becomes difficult if the frequency of the pulses is less than 4 Hz, the apparatus being intended, in general, for frequencies greater than 4 Hz.
On peut alors régler la cavité résonnante de manière à obtenir l'amplitude lumineuse maximale. On peut ensuite faire varier cette amplitude en modifiant la puissance de l'alimentation électrique du laser. We can then adjust the resonant cavity so as to obtain the maximum light amplitude. This amplitude can then be varied by modifying the power of the laser power supply.
I1 est à noter que l'appareil de l'invention ne donne pas une valeur absolue de la puissance lumineuse fournie mais permet d'obtenir une indication ou d'établir des comparaisons de puissance lumineuse. It should be noted that the apparatus of the invention does not give an absolute value of the light power supplied but makes it possible to obtain an indication or to establish comparisons of light power.
L'appareil permet également de contrôler et de régler la longueur temporelle d'impulsions. The apparatus also makes it possible to control and adjust the time length of pulses.
I1 est possible, grâce à cet appareil, de tenir des fiches de réglage correspondant à des travaux de nature différente en offrant à l'utilisateur la possibilité de visualiser sur l'écran de l'oscilloscope une échelle de réglage de l'alimentation du laser. It is possible, thanks to this device, to hold adjustment files corresponding to work of a different nature by offering the user the possibility of viewing on the oscilloscope screen a scale for adjusting the laser supply. .
Une application intéressante de l'appareil de l'invention consiste à réaliser un système d'asservisse
ment (voir fig. 4) permettant de régler automatiquement les paramètres de fonctionnement du laser à partir des signaux recueillis sur la prise 6 du boîtier 1.An interesting application of the apparatus of the invention consists in making a servo system
ment (see fig. 4) allowing the laser operating parameters to be adjusted automatically from the signals collected on socket 6 of box 1.
Ce système d'asservissement, schématiquement représenté, comprend des moyens d'amplification et de comparaison 16 propres à élaborer, à partir du signal fourni par le boîtier 1, et d'un signal de référence qui peut être mémorisé, un signal d'erreur pour la commande de servo-moteur 17 destiné au réglage du paramètre considéré. Par exemple, le servo-moteur 17 pourrait commander l'orientation du miroir ll de manière à régler le parallélisme des miroirs 11 et 12 jusqu'à l'obtention du faisceau d'énergie maximal. This servo system, schematically represented, comprises amplification and comparison means 16 suitable for developing, from the signal supplied by the housing 1, and from a reference signal which can be stored, an error signal for the servo motor control 17 intended for adjusting the parameter considered. For example, the servo motor 17 could control the orientation of the mirror 11 so as to adjust the parallelism of the mirrors 11 and 12 until the maximum energy beam is obtained.
On pourrait également, à l'aide d'autres servomoteurs, agir sur la puissance de l'alimentation électrique du laser pour obtenir, au niveau du faisceau lumineux, la puissance souhaitée. Un tel asservissement de la puissance lumineuse du faisceau est particulièrement intéressant pour les opérations d'usinage par laser, notamment les opérations de soudage. One could also, using other servomotors, act on the power of the laser power supply to obtain, at the light beam, the desired power. Such a control of the light power of the beam is particularly advantageous for laser machining operations, in particular welding operations.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8405397A FR2562729A1 (en) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | Apparatus for sampling a high-energy pulsed light beam, in particular a pulsed laser and application of this apparatus to the adjusting of the light beam |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8405397A FR2562729A1 (en) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | Apparatus for sampling a high-energy pulsed light beam, in particular a pulsed laser and application of this apparatus to the adjusting of the light beam |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2562729A1 true FR2562729A1 (en) | 1985-10-11 |
Family
ID=9302877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8405397A Pending FR2562729A1 (en) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | Apparatus for sampling a high-energy pulsed light beam, in particular a pulsed laser and application of this apparatus to the adjusting of the light beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2562729A1 (en) |
Citations (3)
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1984
- 1984-04-05 FR FR8405397A patent/FR2562729A1/en active Pending
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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