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.