DE1541455C - Anordnung zum Bestimmen der Leistung eines Laserstrahles - Google Patents

Description

in der c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Laser-

I behaftet, so daß man auch die gesuchte Leistung nur

¹ mit einer relativ schlechten Näherung bestimmen 15 Strahls, also im allgemeinen die Lichtgeschwindigkeit kann. (in m/sek) und r den Reflexionskoeffizienten der von

Insoweit günstiger ist daher eine andere bekannte dem Laserstrahl getroffenen Oberfläche des piezo- und auf Seite 1693 der Zeitschrift »Proceedings of elektrischen Körpers bedeutet. Dabei gilt für eine the IRE« von 1962 beschriebene Methode, die mit vollkommen absorbierende Oberfläche die Beziehung der Ausnutzung des von dem Laserstrahl auf eine 20 _r = 0, so daß sich in diesem Falle die Gleichung (2) reflektierende Fläche ausgeübten Strahlungsdruckes auf den Ausdruck arbeitet. Bei dieser bekannten Einrichtung wird der P

zu untersuchende Laserstrahl auf einen kleinen Spiegel c~

gerichtet, der einen Arm eines Torsionspendels bildet,

das als aktives Torsionselement einen straff gespannten 25 reduziert. Für eine vollständig reflektierende Ober-Draht enthält. Der mit der gesuchten Leistung pro- fläche gilt die Beziehung r = 1, und die Gleichung (2) portionale Strahlungsdruck führt zu einer mehr oder
weniger großen Auslenkung des von dem Laserstrahl
getroffenen Spiegels gegenüber seiner Ruhelage, und
an Hand der bekannten Daten des Torsionspendels 30
läßt sich aus dieser Auslenkung die jeweils eingestrahlte

.Laserleistung bestimmen. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Einrichtung liegt darin, daß sie einerseits eine Unterbringung des an dem Torsionsreduziert sich in diesem Falle auf den Ausdruck

F = 2· — .

(2 b)

In der Praxis wird zumeist mit dem letzteren Fall gearbeitet.

Durch Zusammenfassung der Gleichungen (1) und

pendel sitzenden Spiegels im Vakuum verlangt, um 35 (2) unter Eliminierung der Kraft F kommt man zu

die Messung störender Einflüsse von thermischen der Beziehung

Bewegungen der umgebenden Atmosphäre auszu- _p _ Qc

schließen, und daß andererseits mit Rücksicht auf ■ ~ <5(l-|-r) die relativ geringe Größe des von dem einfallenden

Laserstrahl ausgeübten Strahlungsdruckes der Tor- 4° zwischen der Ladung Q des piezoelektrischen Körpers

sionsdraht eine recht große Länge aufweisen muß, und der Leistung P des einfallenden Laserstrahls. Für

wodurch man zu unbequem großen Gesamtabmes- den in der Praxis häufigsten Fall einer polierten

sungen der bekannten Einrichtung kommt. Oberfläche des piezoelektrischen Körpers für den

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Tech- Einfall des Laserstrahls, also für r = 1, reduziert sich

nik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, 45 die Gleichung (3) zu dem Ausdruck

eine Anordnung zum Bestimmen der Leistung von Laserstrahlen anzugeben, die bei kleinen Eigenabmessungen die Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit gestattet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen piezoelektrischen Körper mit einer die dem zu untersuchenden Laserstrahl ausgesetzte reflektierende Fläche bildenden Außenfläche und zwei Kontakten für die Abnahme einer der eingestrahlen Laserleistung entsprechenden Ladung durch ein Meßgerät.

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet also unter Ausnutzung des sogenannten piezoelektrischen

P =

Q-c

(3 a)

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen nunmehr einige mögliche Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Anordnung näher beschrieben werden, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser Zeichnung zeigen

F i g. 1 und 2 Schnitte durch im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbare piezoelektrische Körper mit verschiedener Lage der Kontakte für die Anschaltung des Ladungsmeßgerätes und F i g. 3 und 4 Schaltbilder für zwei verschiedene

Effektes, gemäß dem bei Ausübung einer Kraft auf ^6o Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Meßeine Oberfläche eines in bestimmter Weise geschnit- anordnung als Ganzes.

tenen Kristall- oder Keramikkörpers auf wenigstens In F i g. 1 weist ein piezoelektrischer Körper 1

einer Seite dieses Körpers elektrische Ladungen auf- einem einfallenden Laserstrahl 3 eine polierte Obertreten, fläche 2 zu. Auf zwei anderen Oberflächen des piezo- .

Die so erzeugte Ladung Q ist dabei der auf den ⁶5 elektrischen Körpers 1 sind Kontakte 4 und 5 anKörper wirkenden Kraft F proportional, wobei die gebracht, die bei dem dargestellten Ausführungs-Beziehung gilt: beispiel parallel zu der Einfallsrichtung des Laser-

Q-A-F, (I) Strahls 3 verlaufen. Die sich unter dem Einfluß des

von dem einfallenden Laserstrahl 3 auf die Oberfläche 2 ausgeübten Strahlendruckes an dem piezoelektrischen Körper 1 entwickelnden Ladungen sammeln sich an den Kontakten 4 und 5 bzw. an den mit diesen versehenen Oberflächen des piezoelektrischen Körpers 1 an und können über die Kontakte 4 und 5 an ein Ladungsmeßgerät abgeführt werden. Der in Fig. 1 weiterhin sichtbare Kondensator C stellt die Kapazität zwischen den Kontakten 4 und 5 dar.

Die in F i g. 2 veranschaulichte Ausfuhrungsvariante unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß die Kontakte 4 und 5, die beispielsweise aus einer dünnen polierten Silberschicht bestehen können, nicht mehr parallel, sondern senkrecht zur Aüsbreitungsrichtung des Laserstrahls 3 verlaufen.

Der piezoelektrische Körper 1 ist bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 und 2 ebenfalls unterschiedlich ausgebildet. Besteht er aus Quarz, so ist er längs unterschiedlicher Winkel gegenüber seinen kristallographischen elektrischen Achsen geschnitten. Häufiger finden jedoch piezoelektrische Keramikkörper, beispielsweise aus Bariumtitanat, - Verwendung, da sie wesentlich empfindlicher sind als Quarzkristalle.

F i g. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung als Ganzes. Dabei ist der piezoelektrische Körper 1, der dem einfallenden Laserstrahl ausgesetzt ist, wieder mit Kontakten 4 und 5 versehen, zwischen denen eine Kapazität C auftritt. Die unter dem Einfluß des Strahlungsdruckes auftretenden Ladungen führen zu einer Aufladung dieser Kapazität C auf eine Spannung V, die bei der Ausführungsform nach F i g. 3 unmittelbar mittels eines Voltmeters M gemessen wird und ihrerseits ein Maß für den Strahlungsdruck und damit für die Leistung P des einfallenden Laserstrahls 3 darstellt. Die Eichung der Meßanordnung kann man in der Weise vornehmen, daß man auf den piezoelektrischen Körper 1 eine Kraft bekannter Größe ausübt und die dabei an dem Voltmeter M sich beispielsweise in Form einer Ablenkung eines Kathodenstrahls äußernde Spannung bestimmt. Für die durch den piezoelektrischen Effekt entstehende Ladung Q und die an dem Voltmeter M zu beobachtende Spannung V gilt dabei die Beziehung

= C-V.

(4)

dem Wellenwiderstand des Kabels 6 entspricht. Bei einer solchen Anordnung besitzt die durch den Widerstand R von einem Stromimpuls der Zeitdauer r transportierte Ladung Q die Größe

= idt,

in der i der Momentanwert für den Strom während der Impulsdauer τ ist. Unter der Annahme eines linearen Anstiegs des Stromes 1 von dem Wert 0 zu einem Scheitelwert / erhält man für die Ladung Q den Ausdruck

δ =

Bei der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß F i g. 4 ist an den piezoelektrischen Körper 1 ein Kabel 6 angeschlossen, das über einen Widerstand R abgeschlossen wird, dessen Größe in dem r die Zeitdauer eines Leuchtimpulses bedeutet, der einer Laserstrahlemission entspricht; der Strom / läßt sich am besten mit Hilfe eines Oszillographen messen.

An Hand der entweder nach Gleichung (4) oder nach Gleichung (5) bestimmten Ladung Q kann man schließlich unter Heranziehung der Gleichung (3) die interessierende Leistung P des Laserstrahls errechnen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Bestimmen der Leistung eines Laserstrahls unter Ausnutzung des von diesem auf eine reflektierende Fläche ausgeübten Strahlungsdruckes,gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Körper (1) mit einer die dem zu untersuchenden Laserstrahl (3) ausgesetzte reflektierende Fläche bildenden Außenfläche (2) und zwei Kontakten (4 und 5) für die Abnahme einer der eingestrahlten Laserleistung (P) entsprechenden Ladung (Q) durch ein Meßgerät (M).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladungsmeßgerät ein Voltmeter (M) mit einer vorgeschalteten Kapazität (C) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladungsmeßgerät ein mit einem Widerstand (R) abgeschlossenes Kabel (6) in Verbindung mit einem Strommesser vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der.Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4 und 5) an dem piezoelektrischen Körper (1) parallel zu der Einfallsrichtung des zu untersuchenden Laserstrahls (3) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen