DE1614590A1 - Device for switching off an optical molecular amplifier operated in pulses - Google Patents

Device for switching off an optical molecular amplifier operated in pulses

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DE1614590A1
DE1614590A1 DE19671614590 DE1614590A DE1614590A1 DE 1614590 A1 DE1614590 A1 DE 1614590A1 DE 19671614590 DE19671614590 DE 19671614590 DE 1614590 A DE1614590 A DE 1614590A DE 1614590 A1 DE1614590 A1 DE 1614590A1
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DE19671614590
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Werner Raetzel
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123Q-switching
    • H01S3/115Q-switching using intracavity electro-optic devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Vorrichtung zur Abschaltung eines impulsweise, betriebenen- optisehen Molekularverstärkers@ - Die Erfindung betrifft eine Vo@riohtung zur 4bschaltung: eines impulsvie,se betriebenen optischen Molekulärvers.tärkers @Zaserj bei den das stimuliorbare Medium, insbesondere ein Festkörper; vile Rubin, in einem optischen Resonator angc- . ordno:t ist und dem stirnulierbax,on Medium -von. einer Pump- energicquelle die erforderliche Anregungsenergie zugeführt wird. Ein wichtiger Anwendungsfall für eine derartige Ab- . schtiltvorriehtung. ist bcispels@veise der sogenannte ".Eear- beitungslaser''. Ein Bearbeitungslaser üblicher Bauart ist ein festkörperlaäer, , beispielsweise ein Rubinla; er dessen energiereiche Strahlung zur Bearbeitung verschiedener T;Iaterä:a- lien herangezogen werden kann. Da sich der Laserstrahl wegen seiner beugungsbegrenzten Eigenschaften auf eine Fläche von wenigen /u Durchmesser fokussieren läßt, eignet er sich her- vorragend zur Herstellung von Feinstbohrungen und Schrreißver- bindungen sehr kleiner Abmessungen. Darüber hinaus hat der Bearbeitungslaser euch auf dem chirurgischen Gebiet Eingang gefunden zum Schneiden und Brennen von Gewebeteilen: Auch wurde er bereits zur Durchführung einer Netzhautkoagulation in der Augenoptik benutzt. Die erfolgreiche Anwendung eines solchen Bearbeitungslasers setzt voraus, daß die Reproduzierbarkeit der licltimpulse mit konstanter Energie bei vorgegebener Impulsdauer gewähr- lein te-U wird. Diese Voraussetzung ist; nun beim Festkörper- impulslaser, wie er für die Erzeugung energiereicher Strah- lung fast ausschließlich zur Anwendung gelangt, nicht unmittel- 'Wir geheben. Beim fest körperlaser erfolgt die Emission im allgemeinen in Forrn von vielen kurzeninzelimpu lsen unter- ;schiedlicher Amplitude, den sogenannten Spikes,- von denen viele den Gesamtii"ipuls ergeben urrd deren Energie demnach _ mit- e:iier gewissen Unsicherheit behaf tct ist. Neben diesen d'.h. c1exi Schwankungen von Iilipuls zu Impuls,- entstehen andererseits durch .ltersers@r@@znun"gen der -der pump spiege-loberfläc.h.e und anJ-e.re nic@it. ohne weiteres -erfaßbare Einflüsse im Zapfe der. -Zeit ,Än- deruzgen äer Intensität. In den meisten An@rendungsfällen vo-n Beürbetungslasern kommt es darauf an, die Gleich.- förmiglret der einzelnen 73earbeitu,.agaür:pulse Bcherzu- stellen, um. eindeutig renr=aduzierbäre Bearbeitu@lgsvo-rgö.nge zu- erhalten. Beim.-.Schweißen, das derzeit wohl das vorher- sehende Arivcndungs,gebiet' des Bearbeitungslasers darstellen: dürfte: hat der sich- a us .den einzelnen Spijces -Zusammen- setzende setzende Lichtimpuls eine Leistung -von caa leV@r--bei- einer Inpul*dauer von ca. 1 mse.cr- Dabei liegt die. Z,9it zWschefr zwei .auf einanderfolgenden Liclitimp'ulseri beapiel.s@-re,-s.e s_e_ i - caR ? sec. __ Der Erfindung -liegt die Aufgabe zugruxd:e, eine orri:ch-- tung- äazugehen daß möglichst enerZiggl:e:i.che Impulse ;ce einem =@impul@r:csc- betriebenen Fe: tl.örperlas-cr s:c@exgeste111 werdenä : - - Ausgehend von .eitler Vorrichtung zur- Abs@ehaltung c.@nes impulsweisö betriebenen optischen Iolek:ulazwerstärie@ - . (Laser), hei- -dem das stimuierbare lvleaium,, .insbeso@iderc; ein r'stl@_rper, wie Rubin, 'in einem. .optischen- Res.9xxator angco°dnet ist und. dem stu.lierbar4.n P@Iediu von e.ir:ex ` Pumpenergieciuelle die erforderliche Anregungsenergie zugeführt wird, wird diese Aufgabe gemUß der. Erfindung dadurch gelöst, daß im innerhalb des optischen Resonatoro gelegenen t'Ieg der aus den otiiaulierbare-n Medium austretenden Strahlung ein elek- trisch steuerbarer optischer Schalter und in dem außerhalb des optischen Resonators gelegenen feb der Strahlung des sLimulier- baren Mediums en Strahlenteiler vorgesehen ist, daß im ;leg der ausGeblende-ten Strahlung ein PIlo-toei:.ipfänger angeordnet ist, und daß der Ausgang des Photoempfängers mit einer .integrier- einrichtung verbunden ist, die den optischen Schalter in der Weise steuert, da13 nach Erreichen eineu vorgegebenen Schwoll- wertes der optische Schalter geschloONen wird, und daß die Summe der Ansprechzeiten von Photoempfänger, Integrierein- richtung und optischem Schalter klein gegenüber der Dauer eines Einzelimpulses des optischen I,fiolekularverstärkers tgeviählt ist. Die Impulolänge eines Laserimpulses liegt dabei vorteilhafter- in der Größenordnung von einigen Hundert bis zu einigen Tausend @u ;sec bei einer Ansprechzeit des Schaltkreises von größenordnungsmäßig 1 /u Sec. Dem Integrator ist vorteilhaitert"ei:;e ein VergleichOr nach geschaltete dem einerseito der LZe@äirert de.@ Fhotoempringer und zum anderen ein czistellb"irer Sollwert zugeführt wird. Es :ist vorteilhaft, vrenn der optische Schalter eine korr44lle und. der Pho-toempfUxiger eifixe Photodiode ist. Nachstehend "rsrd die Erfindung anhand des -in der Pigur dar- geo tollten Y'unlttionsschemas ei ne2 Auaführulgübeispio1e - n@lher erl'Iul#Ierl/ .:. Als ütimulierbareü Me(iun wird ein einseitig vor spi#mgclter- Rubinstab 1 vervicndet: -Die Furnplicritdüelle Bowie das die Pump-- lichtquelle auf den ltubinstab abbildende Spie,gelsyst:em sind in der Figur nicht mit eincozeichnet. Der Rubinätab ..1 ist innerhalb eines og-tischeii Resoüztors angeordnet, .der von der ver o,piegelten gliche des Rubinstabes einersoi.to und einem im #'Je; der ua@an:#;itralilun@; befindlichen Pabry-Pero-L-Etalon, 2 anderer seits gebilde t wird., Der Hauptstrahl ,gelängt über ein optisches Bündelungssystem,: ü.B: eine Sämmellitse; 3', auf das zu bearbeitende- t,lerlatücIe 4. , - Erfindungsgemäß sind firn innerhalb des optischen llesona-tor s: - gele,gelen Jeg der aus-dem ltubinj-ta,.b 1 austretenden Strahlung eile elcl= oh s@teüerbar.ex optischer Schalter".:ß. eine Kerr- zellc: und in dem äu;lerhal'_3 des opi;.rehen Reönäto-r,i g c:xe.ge- .nen Weg der Strahlung ein Strahlentoiler 6 angeordnet.-.lin ireg der ausgeblondeterz Strahlung ist ein :Photoempfänger 'T, z-Beine Photodiode , aesuen Augang mit_ einer-- verbunden Ist.- Bei Üiese:,. Tnte-griereInricht:ung-.ist einem In tegräLor '9, be:*,@pel'sv-oeic@e cinezi XoiidQnsator, .-ein- Verstärkor 2 vor:- und ein Verglealier 10 wachgeschaltet. Den -@:@ei@ten= Ein- gang deo vergl.eichero 10 vrrd ein einstellbarer Sollwert zugeführt; sein Ausgang ist mit dem optischen Schalter verbunden. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung läßt sich wie folgt erklären. Von der aus der Rubinstab austretenden Strahlung wird ein Teil durch den Strahlenteiler ausgeblendet und auf den Photoempfänger gegeben. In. diesem wird die Licht- strahlung in eine elektrische Größe umgewandelt, die dann auf einen Verstirker gegeben wird. Die verstärkte elektrische Größe xiird auf den Integrator, beispielsweise einen Konden- sator, gegeben. In der dem Integrator nachgeschalteten Vor- gleicher erfolgt ein Vergleich zwischen der am Ixitegrator anstehenden elektrischen Größe und einem dem Vergleicher zu- geführten einstellbaren Sollwert. Erreicht die elektrische Größe am Integrator den vorgegebenen Sollwert, so wird voll, Vergleicher ein Signal auf den optischen Schalter gegeben und dieser geschlossen. Dadurch äst die Rückkopplung im Hesonatorkreis und-somit die Laseremission unterbrochen. Gleichzeitig wird auch die Energiezufuhr für die Pumpwicht- quelle unterbrochen. Device for switching off a pulsed, operated optical molecular amplifier @ - The invention relates to a provision for switching: a pulsed, se operated optical molecular amplifier @Zaserj in the case of the stimulable medium, in particular one Solid body; vile ruby, angc- in an optical resonator. ordno: t is and the stirnulierbax, on Medium -von. a pump energicquelle supplied the required excitation energy will. An important use case for such ab-. switch device. bcispels @ veise is the so-called ".Eear- processing laser ''. A processing laser of the usual type is a solid-state, for example a Rubinla; he of that high-energy radiation for processing various T; Iaterä: a- lien can be used. Since the laser beam is due to its diffraction-limited properties on an area of a few / u diameter, it is suitable for excellent for the production of fine bores and scribing bindings of very small dimensions. In addition, the Processing laser you in the surgical field entrance found for cutting and burning tissue pieces: also he was already performing a retinal coagulation used in ophthalmic optics. The successful use of such a machining laser presupposes that the reproducibility of the licltimpulse with constant energy for a given pulse duration lein te-U will. This requirement is; now with the solid state pulsed laser, as it is used for the generation of high-energy beam treatment is almost exclusively used, not directly 'We raise. With the solid-state laser, the emission takes place in the generally in the form of many short individual impulses ; of different amplitudes, the so-called spikes, - of those many of the total pulses result in their energy accordingly _ with a certain uncertainty. Besides these d'.h. c1exi fluctuations from ilipuls to Impulse - arise on the other hand through .ltersers @ r @@ znun "gen der -the pump mirror-loberfläc.he and anJ-e.re nic @ it. easily detectable influences in the tap. -Time, Än- moderate intensity. In most applications Of the application lasers, it is important that the same. form of the individual work,. also: pulse book supply put to. clearly renr = aduzierbären editu@lgsvo-rgö.nge to obtain. During the welding process, which is currently probably the show the sighting 'area' of the processing laser: is likely to: has the - from the individual Spijces - together - setting setting light pulse a power of caa leV @ r - one Inpul * duration of approx. 1 msec - where the. Z, 9it zWschefr two .consecutive Liclitimp'ulseri beapiel.s @ -re, -se s_e_ i - caR? sec. __ The invention -is the task togruxd: e, an orri: ch-- to approach that as enerZiggl as possible: e: i.che impulses; ce a = @ impul @ r: csc- powered Fe: tl.bodylas-cr s: c @ exgeste111 becomeä: - - Based on .eitler device for keeping c. @ Nes pulsed optical molecules: ulazwerstärie @ -. (Laser), called the stimulable lvleaium ,, .insbeso @ iderc; a r'stl @ _rper, like ruby, 'in one. .optical- Res.9xxator angco ° dnet is and. dem stu.lierbar4.n P @ Iediu from e.ir:ex ` Pump energy source supplied the required excitation energy this task becomes necessary. Invention solved by that in the t'Ieg located within the optical resonator radiation emitted from the otiiaulable medium generates an electrical trically controllable optical switch and in the outside of the optical resonator located feb the radiation of the simulating medium beam splitter is provided that in the; leg the masked-out radiation has a PIlo-toei: .ipfänger arranged, and that the output of the photoreceiver with an .integrated device connected to the optical switch in the Way, that after reaching a predetermined swelling value the optical switch is closed and that the Sum of the response times of the photoreceiver, integrating unit direction and optical switch small compared to the duration of a single pulse of the optical molecular amplifier t is selected. The pulse length of a laser pulse is more advantageous- on the order of a few hundred to a few Thousand @u; sec with a circuit response time of on the order of 1 / u sec. The integrator is advantageously "ei:; e a comparison or according to switched to the one side of the LZe @ äirert de. @ Fhotoempringer and on the other hand a precise setpoint is supplied. It : it is advantageous if the optical switch is a corrosive one and. the photodiode is a photodiode. In the following the invention on the basis of the -in the Pigur- geo mad y'unlttionschemas ei ne2 Auaführulgübeispio1e - n @ lher erl'Iul #I erl /.: . As a stimulable me (iun a one-sided before spi # mgclter- Ruby rod 1 vervicnds: -The Furnplicritdüelle Bowie that the pump- light source on the ltubin rod imaging mirror, gelsyst: em are not included in the figure. The ruby tab ..1 is arranged within an og-tischeii Resoüztor, .der of the ver o, resembled the ruby wand of an oi.to and an im # 'Je; the ua @ to: #; itralilun @; located Pabry-Pero-L-Etalon, 2 on the other hand, is formed., The main ray, extends over a optical bundling system: o.B: a Sämmellitse; 3 ', on the to be processed- t, lerlatücIe 4., - According to the invention, firn within the optical ion sensor are: - gel, gelen Jeg of the radiation emerging from the ltubinj-ta, .b 1 hurry elcl = oh s@teüerbar.ex optical switch ".: ß. a Kerr- zellc: and in the äu; lerhal'_3 of the opi;. turning Reönäto-r, i gc: xe.ge- A radiation chamber 6 is arranged on the path of the radiation .-. lin ireg the faded out radiation is a: photoreceiver 'T, z-legs Photodiode , aesuen output is connected to _ a--. - At Üiese:,. Tnte-griereInricht: ung-. Is one In tegräLor '9, be: *, @ pel'sv-oeic @ e cinezi XoiidQnsator,.-An amplifier 2 before: - and a Verglealier 10 switched on. Den - @: @ ei @ ten = one gang de o see eichero 10 vrrd a adjustable setpoint supplied; its outcome is with that optical switch connected. The operation of this device can be as follows explain. From the radiation emanating from the ruby wand a part is masked out by the beam splitter and given to the photo receiver. In. to this the light radiation is converted into an electrical quantity, which then is given to an amplifier. The reinforced electric Quantity xi is applied to the integrator, for example a condenser sator, given. In the upstream downstream of the integrator A comparison is made similarly between that on the Ixitegrator pending electrical quantity and a comparator to guided adjustable setpoint. Reached the electric If the value on the integrator exceeds the specified setpoint, it becomes full, Comparator given a signal to the optical switch and this closed. As a result, the feedback in the Hesonator circuit and thus the laser emission interrupted. At the same time, the energy supply for the pumping weight source interrupted.

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü c .h @c 'i: Vorrichtung zur Abschaltung eines impulsweise betrie- benen optischen Molekularverstärkers (Zaser;', bei .dem das stimulierbarc Medium,. inäbesondcr:e ein Festkörper, wie Rubin in einen optischen' Resonator angeordnet ist und dem stimuliebaren .Medium: von einer Pumpenergiequelle die erforderliche hnregungsenergieAugeführt vrrd, dadurch - gekennzeichnet, daß im .innerhalb des optischen Resonators gelegenen @rcg' der aus. dem stimulierbaren Medium :austreten- den- Strahlung ein elektrisch steuerrarer optischer :Schal.- ter_ und in dem außerhalb des optischen Resonators gele-- - . genen Weg -der Strahlung des stimulierbaren Mediums: ein Strahlenteiler vorgesehen sind, daß im Yleg der- ausgtblen- - detenr Strahlung ein Photoempfänger angeordnet ist=, - daß der--Ausgang des Photoempfängers mit einer .Integrierein- rieh:tung verbanden ist, die den optischen :Schalter -.n- :der Weise steuert, daß nach Erreichen eines vorgegebenen schwell- wertes der optische -. Schalter geschlossen wird ,und da-ß die Summe der Ansprechzeiten-von Photoempfänger, Integrier- einrchtung und optischem Schalter klein gegenüber- der ' Dauer eines Einzelimpulavn des optischen tolelzularvc:r- stärkers gewählt ist-. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch_gekennzeichnet, daß die Impulslänge eines has=ermpulees irr der .Größenoxd-- nung von einigen Hundert bis zu einigen rausend/@-;sec -liegt bei einer Ansprechzeit des Schaltkreises- von größenord- nungsmäßig } l ,/u sec-.
3. Vorrichtung nach Ansprüche 'l oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator ein Vergleicher nachgeschaltet ist, dem einerseits der fießviert des Photoempfängers und zum anderen ein einstellbarer Sollwert zugeführt wird. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gelveiinzeicrinet, da.ß der optische Schalter eine Kerrzelle ist. 5. Vorrichtung nach einem der -vorhergehenden ,1"iispriielie, dadurch gel:eiinzeichnet, daß der Photoerpfünger eine Photodiode ist.
P atent claims c .h @c 'i: device for switching off a pulsed benen optical molecular amplifier (Zaser; ', at .dem the stimulable medium. inäbesondcr: e a solid like Ruby is arranged in an optical 'resonator and the stimulable .Medium: from a pump energy source which required excitation energy Introduced vrrd, thereby - characterized in that inside the optical resonator located @rcg 'of the. the stimulable medium: emerge- den- radiation an electrically controllable optical: scarf.- ter_ and in the gel outside the optical resonator . Genen path - the radiation of the stimulable medium: a Beam splitters are provided that in the Yleg the- - the radiation a photoreceiver is arranged =, - that the - output of the photo receiver with an .Integrationein- rieh: tung is connected to the optical: switch -.n-: the Way controls that after reaching a given threshold value of the optical -. Switch is closed, and that-ß the sum of the response times from photoreceiver, integration device and optical switch small opposite the ' Duration of a single pulse of the optical tolelzularvc: r- stronger is chosen -. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse length of a has = ermpulees irr the .size oxd-- range from a few hundred to a few out / @ -; sec - lies with a response time of the circuit appropriately} l, / u sec-.
3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that that the integrator is followed by a comparator, the on the one hand the fourth of the photoreceiver and on the other hand an adjustable setpoint is supplied. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized gelveiinzeicrinet that the optical switch is a Kerr cell. 5. Device according to one of the preceding, 1 "iispriielie, thereby gel: indicates that the photodiode is a photodiode.
DE19671614590 1967-08-30 1967-08-30 Device for switching off an optical molecular amplifier operated in pulses Pending DE1614590A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3830360C1 (en) * 1988-09-07 1989-12-07 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De

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DE3830360C1 (en) * 1988-09-07 1989-12-07 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De

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