DE1910279A1 - Lasergenerator - Google Patents

Description

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28. Feb. b

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE Paris (Frankreich)

Lasergenerator

Die Erfindung betrifft einen Lasergeneratormit einem Laser aus aktivem Pestmaterial und insbesondere mit einem Laser zur Erzeugung von sehr kurzen Lichtimpulsen mit sehr grosser Winkelgenauigkeit in einer gegebenen Richtung, der ein Strahlenbündel abgibt, das eine symmetrische Energieverteilung im Verhältnis zu einer genau definierten Ebene besitzt,

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bestehend aus einem aktiven Lasermaterial, das in einer optischen Ausnehmung angeordnet ist.Die vorliegende Erfindung ist auf zahlreiche praktische Fälle anwendbar und ist insbesondere für die Anwendung von Lasern zur Entfernungsmessung vorteilhaft.

Die vorliegende Erfindung hat eine ausserhalb eines Lasers mit aktivem Festmaterial befindliche Auslösevorrichtung zum Ziel, welche sich gemäss der Erfindung auszeichnet durch Mittel zum Teilen der aus dem aktiven Material austretenden Strahlen in zwei Strahlenbündel und durch Mittel, um diese Strahlenbündel im einander entgegengesetzten Sinn in Drehung zu versetzen, derart, dass die Strahlenbündel symmetrisch gegenüber der Ebene genau in der Ebene selbst sind. Die Parallelität der beiden Strahlenbündel entspricht der Erlangung der maximalen Überspannung der optischen Ausnehmung, in der das aktive Material angeordnet ist.

Es sind bereits Mittel bekannt, die eine schnelle Änderung des Koeffizienten der Überspannung einer optischen Ausnehmung erzeugen. Allgemein wird diese optische Ausnehmung von zwei Reflexionsflächen gebildet, von denen eine aus einem Spiegel besteht, dessen Übertragungsfaktor nicht gleich Null ist, während die andere aus einer sich drehenden Fläche mit totaler Reflexion besteht.

Diese sich drehende Fläche könnte aus einem Spiegel bestehen. Dies ist aber in der Praxis nicht realisierbar, da die reflektierenden Schichten, die auf den Glas-

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platten angeordnet ist, nicht ohne Verlust starke Lichtenergien vertragen können. Man bevorzugt daher die Verwendung eines Prismas mit totaler Reflexion, das sich um eine zu seiner Kante senkrechte Achse dreht.

Ein derartiges System ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Ein aktiver Stab ist in einer Ausnehmung angeordnet, die von einer dünnen Platte 2 mit einem bestimmten Übertragungsfaktor und einem Prisma 3 gebildet wird, das sich um eine Achse A' dreht, die senkrecht zur Kante A ist. Ein derartiges Auslösesystera .besitzt eine bestimmte Anzahl von Nachteilen, deren * hauptsächlichste das Auftreten von Fehlern in der Lichtverteilung infolge^e£ante A und das Auftreten einer Bewegung des Strahlenbündels sind, das in Richtung der Drehbewegung des Prismas austritt. Im rechten Teil der Fig. 1 ist die Energieverteilungskurve des Strahlenbündels dargestellt, das in Abhängigkeit von der Richtung austrittο Die Kurve C₁ entspricht der theoretischen Verteilung, während die Kurve C₂ diejenige ist, die man in der Praxis im Falle der Verwendung eines Priemas erhält, das sich wie das bei 3 dargestellte dreht.

In der Kurve C₁ stellt die Länge des Segmentes OM die Grosse der Energiestrahlung in der durch den Winkel definierten Richtung dar. Die Kurven C₁ und C„ sind Tangenten an die Geraden /lund /2. ', deren Halbwinkel theoretisch gleich 0,5X/R ist, wobei R der Radius der aktiven Fläche des Ausgangsspiegels 2 und \ die Wellenlänge des Strahlenbündels ist.

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Um mit den Laserbündeln genau zielen zu können, ist es wichtig, die Richtung, die die maximale Energie bestimmt, auf die optische Achse des Lasers festzulegen» Der Idealfall ist der, bei dem die optische Achse OZ des Lasers mit der Achse der Verteilungskurve zusammenfällt. In der Praxis ruft die Drehung des Prismas eine Bewegung des austretenden Strahlenbündels hervor, weshalb die Energieverteilungskurve des Strahlenbündels als Achse eine Richtung OZ¹, die von der Richtung OZ unterschieden ist, aufweist; der Winkel ZOZ¹ ist im wesentlichen eine Funktion der Geschwindigkeit der Drehung des Prismas und der verwendeten Energiepumpe. Andererseits bewirkt die Erhöhung der Geschwindigkeit des Prismas eine leichte Verlängerung der Verteilungskurve, denn man nähert sich so dem idealen Fall der schnellen Umschaltung. In dem Fall, in dem eine Bewegung der Kurve auftritt, erhält man auf der optischen Achse OZ eine Energie, deren Grosse, dargestellt durch das Segment ON¹, niedriger ist als die Grosse, die man im idealen Fall (dargestellt durch die Länge des Segments ON) erhält.

Um die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen, wird gemäss der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Überspannung der optischen Ausnehmung zu modulieren, indem das Strahlenbündel in zwei Teile geteilt wird, \^ron denen jeder im entgegengesetzten Sinn eine Bewegung ausführt.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch in Fig. 2 dargestellt.

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Das Laserbündel wird in zwei Teile geteilt. Der eine Teil, beispielsweise der Teil h, wird durch eine Reflexionsfläche 5 reflektiert, die sich um die Achse A dreht. Der andere Teil ο wird an einer Reflexionsflache 7 reflektiert, die sich um die gleiche Achse h, aber im entgegengesetzten Sinn, dreht. Am Ausgang des Lasers erhält man also zwei Lappen, von denen der Lappen 8 dem Teil des Bündels k und der Lappen 9 dem Bündel 6 entspricht, wobei jeder der Lappen gegenüber der Achse OZ des Lasers verschoben ist. Unter der Annahme, dass die Bewegung der Reflexionsfkächen sehr schnell und vollkommen synchron erfolgt, erhält man am Ausgang des Lasers eine resultierende Kurvenverteilung, die durch den Lappen 10 dargestellt ist.

Der Lappen 10 ist gegenüber der Achse OZ symmetrisch, was einen der vorerwähnten Nachteile beseitigt. Doch ist es praktisch unmöglich, "Gelenk^M-Spiegel zu verwirklichen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind und es ist unmöglich, sie entgegengesetzten schnellen und vollkommen synchronen Drehungen zu unterwerfen, wie dies zur Erlangung eines Impulslasers mit hoher Energie erforderlich ist.

Gemäss der Erfindung erhält man die Auflösevorrichtung für einen Laser mit aktivem Festmaterial, indem man zwei Halbbündel mittels einer einzigen ebenen Reflexionsfläche gegeneinander in Drehung versetzt.

Gemäss der vorliegenden Erfindung teilt man das Strahlenbündel, das das aktive Material in zwei Bündeln durchquert, in der Mitte von statischen Prismen und lässt diese Bündel auf ebene Reflexionsflächen auftreffen, die in Drehung versetzt werden können·

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Die Figuren 3 und h zeigen schematisch zwei praktische Ausführungsbeispiele zur Durchführung des erfiiidungsgemässen Verfahrens.

In Fig. 3 ist ^ein von einem aktiven Stab 1 gebildeter Laser dargestellt, der in einer optischen Ausnehmung angeordnet ist, die an einer Seite von einem Spiegel gebildet wird, dessen Übertragungsvermögen nicht gleich Null ist und der die Stirnseite des Lasers begrenzt, und andererseits von einer Auslösevorrichtung gemäss der Erfindung. Die Aus1öasevorriehtung wird von den Prismen 11, 12, 13 und 14 gebildet.

Die Prismen 11 und 12 besitzen je zwei Reflexionsflächen M₁,M' und M„, M' . Die Prismen 13 und 1*f sind Prismen mit totaler Reflexion, die ebene Reflexionsflächen M und Ml begrenzen. Eines dieser Prismen, z.B. das Prisma ik_t dreht sich um eine Achse, die beispielsweise die der Kante i6 sein kann, aber vorzugsweise eine Achse in der Fläche M^ ist.

Wenn das Prisma lh sich in einer in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Lage befindet, wird ein vom oberen Teil des Stabes 1 ausgehender Strahl der gebrochenen Linie EFGHIJK folgen. Eine Drehung der Fläche M^ im durch den Pfeil 18 angegebenen Sinn wird bewirken, dass sich der Strahl JK dem Strahl LM entsprechend der maximalen Überspannung der optischen Ausnehmung nähert. Das gleiche gilt für einen vom unteren Teil des Stabes 1 ausgehenden Strahl. Der Strahl MK wird der Linie LNH OPQR folgen und die Drehung der Fläche Mh wird eine

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Annäherung des Strahls QR an den Strahl SE hervorrufen. Somit bewirkt die Drehung ein Zusammentreffen von QR und JK und diese Strahlen sind vollkommen parallel zur optischen Achse Z des Lasers im gleichen Moment. Man sieht daher, dass die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung die anhand der Fig. 2 schematisch dargestellte Funktionsweise verwirklicht.

Fig. k zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 3· Der Fall der Fig. 3 unterscheidet sich nur durch die Tatsache, dass das Prisma 11 weggelassen ist und dass man das Prisma 13 unmittelbar in der Verlängerung der Lichtstrahlen angeordnet hat, die von dem oberen Teil des Stabes 1 ausgehen.

Die in· den Figuren 3 und h dargestellten Vorrichtungen sind äusserst vorteilhaft aufgrund der Tatsache, dass die Notwendigkeit vermieden wird, eine Kante des sich drehenden Prismas (Fig. 1) zu verwenden und dass die Drehung im entgegengesetzten Sinn der beiden Halbbündel durch die Drehung einer einzigen ebenen Reflexionsfläche erhalten wird. Das garantiert, dass die beiden Halbbündel zur optischen Achse des Lasers im gleichen Moment parallel sind, wodurch das Auftreten einer Bewegung bzw. Verschiebung des Bündels verhindert wird.

Die so erhaltenen Vorteile sind in allen Fällen nützlich, erhalten aber eine sehr grosse Bedeutung im Falle der Verwendung des Lasers zur Entfernungsmessung. Es ist daher tatsächlich erforderlich, mit hoher Genauigkeit die Achse des Bündels zu definieren. Bei einer Vorrichtung gemäss der Erfindung stimmt die Achse des Bündels

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vollkommen mit der optischen Achse des Lasers überein, während im Falle eines Lasers nicht nur die Achsen nicht übereinstimmeni sondern auch der Winkel dieser Achsen eine Funktion der Geschwindigkeit der Drehung des Auslöseprismas und der vom Laser ausgestrahlten Energie ist.

Die Ausftihrungsbeispiele der Vorrichtung gemäss der Erfindung können zahlreichen Abwandlungen unterworfen werden. Z.B. kann im Fall der Fig. 1 das sich drehende Prisma das Prisma 13 sein, während die Prismen 12 und lh durch ein einziges Prisma verwirklicht werden können, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Ebenso ist es im Falle der Fig. 3> wo die Prismen 11 und 13 zu einem komplexen Prisma vereinigt sind, das aus einem einzigen Kristall geschnitten ist.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   (1J Lasergenerator mit einem Laser aus aktivem Pestmaterial und insbesondere mit einem Laser zur Erzeugung von sehr kurzen Lichtimpulsen mit sehr grosser Winkelgenauigkeit in einer gegebenen Richtung, der ein Strahlenbündel abgibt, das eine symmetrische Energieverteilung im Verhältnis zu einer genau definierten Ebene besitzt, bestehend aus einem aktiven Lasermaterial, das in einer optischen Ausnehmung angeordnet ist, gekennzeichnet durch Mittel zum Teilen der aus dem aktiven Material austretenden Strahlen in zwei Strahlenbündel und durch Mittel, um diese Strahlenbündel im einander entgegengesetzten Sinn in Drehung zu versetzen, derart, daas die Strahlenbündel symmetrisch gegenüber der Ebene genau in der Ebene selbst sind.

   2« Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Teilen der Strahlen durch eine gerade Anzahl von Reflexionsflächen gebildet werden, die die Ausnehmung bilden.

   3· Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daas die Mittel, um die Strahlenbündel im entgegengesetzten Sinn in Drehung zu versetzen» au· wenigstens einer der ReflexionsflKchen bestehen, di· in ein· Drehbewegung versetzt ist«

   k, Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material aus einem Stab (i) besteht« ·

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   5. Lasergenerator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Satz von Reflexionsflächen, der die Strahlen trennt, die von einem Teil der Stirnfläche des Stabes (i) ausgehen und auf einen anderen Teil der Stirnfläche durch einen anderen Satz von Reflexionsflächen leitet, von denen wenigstens eine Reflexionsfläche in eine Drehbewegung versetzt wird.

   6. Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen, die von einer Stirnfläche des aktiven Stabes (i) ausgehen, in zwei Strahlenbündel durch ein Paar von Reflexionsflächen (M', M'„) geteilt werden, die die Strahlenbündel in die jeweiligen Teile eines Kreises leiten, der durch vier Reflexionsflächen (M- ,M«,MJIjL) gebildet wird, die an der Spitze eines Vierecks angeordnet sind, wobei eine der vier Flächen (Mjl) eine in eine Drehbewegung versetzte Seite ist.

   7* Lasergenerator nach Anspruch k_$ dadurch gekennzeichnet, das· die Strahlen, die von einem Teil der Stirn fläche des aktiven Stabes (i) ausgehen, durch eine erste Reflexionsfläche geteilt werden und direkt mittels dreier Reflexionsflächen auf einen anderen Teil der Stirnfläche geleitet werden» von denen wenigstens eine durch ein« in Drehung versetzte Reflexionsfläche gebildet wird,

   t Laserjenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» dass die Reflexionsflächen aus Prismen (11,12, 12,13,14) mit totaler Reflexion be«teilen.

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