DE1919807A1

DE1919807A1 - Impulslaser

Info

Publication number: DE1919807A1
Application number: DE19691919807
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Gauthier; Pierre Trevoux
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1968-04-18
Filing date: 1969-04-18
Publication date: 1969-10-30
Also published as: GB1241112A; ES364765A1; NL6904641A; CH489923A; BE730900A; FR1577392A

Description

PATENTANWÄLTE I 9 I 98 U /

DIPL.ING. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN

t MUndMn 2, Rosental 7, 2.au»₀.

T»l.-Adr.

T.i.fon (UII)MIfIV

*n 18. April 1969

Unter ZefdMn

Wy/ho F°3ö32

COMPAGUIE GENERALE D'ELECTRICITE, Paris, Frankreich

Impulslaser

Die Erfindung betrifft einen Impulslaser mit einem Laserkörper, einem die von einem Ende dieses Körpers emittierte Strahlung zumindest teilweise auf dieses Ende zurücklenkenden ersten Reflektor, mit einer das optische Pumpen durch Bestrahlen des Laserkörpers sicherstellenden Entladungsröhre, der eine Stromquelle zugeordnet ist und mit einem von einem Elektromotor um eine zur Laserachse senkrechte Achse gedrehten zweiten Reflektor, der eine bestimmte Winkellage hat, in der die vom anderen Ende des Laserkörpers emittierte Strahlung zumindest teilweise auf dieses Ende zurückreflektiert und der Laserkörper so vorübergehend in einen optischen fiesonanzraum eingeschlossen ist, der einen für das Auslösen der Laseremission ausreichenden Gütefaktor hat.

Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Pumpen und Auslösen von Lasern. Sie ist insbesondere bei Lasern mit hoher Wiederholfrequenz anwendbar, wie bei Y.A.G.-Lasern, deren aktives Material (Laserkörper) aus einem Yttrium-Alumi-

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nium-Granatstab besteht. Bei derartigen Lasern sind Wiederholfrequenzen von einigen hundert oder sogar einigen tausend Hertz möglich.

Es ist bekannt, das optische Pumpen derartiger Stäbe mit Hilfe einer Entladungsröhre vorzunehmen. Dabei sind mehrere Anordnungen möglich. So kann man die Entladungsröhre und den Laserstab in die Brennlinien eines zylindrischen Spiegels mit elliptischem Querschnitt legen. Alle von der Entladungsröhre ausgehenden Lichtstrahlen sind dann nach Reflexion am elliptischen Spiegel auf den Laserstab konzentriert. Man kann auch in Dichtlage gewickelte schraubenlinienförmige Entladungsröhren verwenden, die den Laserstab umgreifen.

Die das Pumpen bewirkende Entladungsröhre kann beispielsweise mit Hilfe einer Gleichstromquelle gespeist werden. Die Entladung wird dann im geeigneten Augenblick mit Hilfe eines besonderen Kreises oder mit Hilfe eines Wechselstromes gesteuert. Im letzteren Fall liefert die Entladungsröhre pro Periode des Speisestroms zwei Lichtblitze. Für den Strom wird deshalb eine Frequenz gewählt, die die Hälfte derjenigen ist, die man für die Lichtblitze wünscht.

Es gibt die verschiedensten Möglichkeiten, einen Laser auszulösen, d.h. den Gütefaktor Q des optischen Resonanzraumes plötzlich zu erhöhen, in den der Laserstab eingesetzt ist. Man benützt dafür insbesondere ein totalreflektierendes Prisma, das man um eine Achse drehen läßt, die auf der Achse des Laserstabes senkrecht steht.

Es ist schließlich auch bekannt, die Wirksamkeit des Pumpens durch Synchronisieren der Lichtblitze für den Pumpvor-

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gang auf die Drehung des Auslöseprismas zu verbessern. So ist in der US-Patentschrift 3 31 i> 177 eine Synchronisationsschaltung beschrieben, die durch die Drehung des Auslöseprismas gesteuert ist und ihrerseits die Speisequelle der Entladungsröhre steuert. Eine derartige Vorrichtung setzt offenbar voraus, daß die Speisespaimungsquelle mit großer zeitlicher Genauigkeit steuerbar ist. Zusätzlich ist es erforderlich, eine Vorrichtung vorzusehen, die ausgehend von der Drehung des Auslöseprismas elektrische Impulse erzeugt. Die sich ergebende Vorrichtung ist ziemlich kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, für das Pumpen und Auslösen des Lasers eine besonders einfache Vorrichtung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß , ein und dieselbe Wechselstromquelle für das Speisen von zwei j Teilen verwendet wird. Der erste ist die Entladungsröhre, die das Pumpen des Laserstabes bewirkt. Der zweite Teil ist der Motor, der das Auslöseprisma um eine Drehachse cteht, die auf der j Achse des Laserstabes senkrecht steht. Die Verwendung einer gemeiii-, samen Speisequelle stellt zusätzlich die Synchronisation der

! beiden Teile sicher.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt den Resonanzraum eines Festkörperlasers mit Auslösung durch einen drehenden Spiegel, und

Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen die Speiseintensität (A) der Blitzröhre, die Änderung des von

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der Blitzröhre abgegebenen Lichtflusses (B) und die Lage der vom Laser abgegebenen Impulse (G).

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an einem Y.A.G.-Laser mit Auslösung über einen Spiegel oder ein die Rolle des Spiegels übernehmendes Drehprisma mit Totalreflexion beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen derartigen Laser mit einem zylindrischen Spiegel 1 von elliptischem Querschnitt, einer Glühlampe oder Entladungsröhre 2 und einem Stablaser 3. Die Entladungsröhre 2 und der Stablaser 3 sind in den Brennlinien des elliptischen Spiegels 1 angeordnet. Der Stablaser 3 liegt in einem optischen Resonanzraum, der aus einer halbdurchlässigen Ausgangsplatte 4 aus multidielektrischen Schichten und einem Prisma 5 gebildet ist, das durch einen Motor 6 in Drehbewegung versetzt wird, und zwar um eine Achse, die auf einer Kante 10 des Prismas 5 und auf der Längsachse des Stablasers 3 senkrecht steht.

Erfindungsgemäß wird die Entladungsröhre 2 von einer Spannung V gespeist, die eine sinusförmige Abhängigkeit vorder Zeit t hat, wie sie auf Fig. 2 in Kurve A wiedergegeben ist. Mit T ist die Periode dieser Funktion bezeichnet. Speist man die Entladungsröhre 2 mit dieser Spannung, so erhält man zwei Lichtentladungen für den Zeitraum, der einer Periode T der Kurve A entspricht.

Als Entladungslampe für die kontinuierliche Entladung kann eine Lampe Verwendung finden, die mit einem Gas wie Krypton oder Xenon geladen ist.

Die von der Entladungsröhre 2 abgestrahlte Lichtenergie E_T wird in beliebiger Einheit durch die Kurve B von Fig. 2 wiedergegeben.

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Bei der auf Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird die Röhre durch eine Wechselstromquelle 7 gespeist.

Um Laserimpulse von maximaler Intensität mit angehobener Wiederholfrequenz zu erhalten, wird die Drehung des Prismas auf das Fluoreszenzmaximum des Stablasers synchronisiert.

Das Auslösen des optischen Resonanzraumes wird hervorgerufen, wenn die von der Entladungsröhre 2 abgestrahlte Lichtenergie im Maximum ist, also im Maximum der Fluoreszenz des Stabes. Die Laserimpulse sind auf Fig. 2 in Kurve C angedeutet. Man bemerkt eine kleine Verschiebung T gegenüber dem Zeitpunkt t , in dem die Entladungsröhre 2 eine maximale Lichtmenge emittiert. Diese Verschiebung hat für eine Wechselspannung von 400 Hz die Größenordnung von 150 ns. Der entsprechende Laserimpuls weist bei halber Höhe 100 ns und eine Anstiegsflanke von 50 ns auf.

Für einen mit der gleichen Pumpenergie, aber lediglich ohne Unterbrechung bestrahlten Stab erhält man im Vergleich einej vier- oder fünfmal kleinere Spitzenenergie als die mit dieser Vorrichtung erzielte.

Die auf Fig. 1 dargestellte Vorrichtung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Dabei ist zusätzlich als Motor 6 ein Wechselstrommotor, und zwar ein Synchronmotor vorgesehen, der über die gleiche Spannungsquelle gespeist ist, wie die Entladungsröhre 2. Auf diese Weise treten eventuelle Phasenschwankungen der Spannung dieser Bezugsspannungsquelle 11 auf gleiche Weise bei der Speisung der Entladungsröhre 2 wie beim Motor 6 auf. Eine Synchronisation dieser beiden Teile ist also immer gegeben.

Zwischen den Ausgang 9 der Wechselstromquelle 7 und den

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— O —

Motor 6 wird ein regelbarer Phasenschieber 12 derart eingeschaltet, daß man zwischen dem Fluoreszenzmaximum im Stablaser 3 und der den Laserimpuls auslösenden Stellung des Prismas 5 eine einstellbare Verzögerung erhält.

Diese Verzögerung wird so geregelt, daß der Überspannungsfaktor des Resonanzraumes mit dem. Fluoreszenzmaximum des durch die Entladungsröhre 2 aufgepumpten Laserstabes zusammenfällt.

Soll die Speisespannung der Entladungsröhre 2 höher sein als die des Motors 6, so wird zwischen die Wechselstromquelle 7 und die Entladungsröhre 2 ein die Spannung anhebender Aufwärtstransformator 13 eingeschaltet.

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Claims

Patentansprüche :

1., Impulslaser mit einem Laserkörper, einem die von einem Ende dieses Körpers emittierte Strahlung zumindest teilweise auf dieses Ende zurücklenkenden ersten Reflektor, weiter mit einer das optische Pumpen durch Bestrahlen des Laserkörpers sicherstellenden Entladungsröhre, der eine Stromquelle zugeordnet ist, und mit einem von einem Elektromotor um eine zur Laserachse senkrechte Achse gedrehten zweiten Reflektor, der eine bestimmte Winkellage hat, in der die vom anderen Ende des Laserkörpers emittierte Strahlung zumindest teilweise auf dieses Ende surückreflektiert und der Laserkörper so vorübergehend in einen optischen Resonanzraum eingeschlossen ist, der einen für das Auslösen der Laseremission ausreichenden Gütefaktor hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Wechselstromquelle (7, 11) ist, an die neben der Entladungsröhre (2) auch der den zweiten Reflektor (5) drehende Elektromotor (6) angeschlossen ist, der ein Synchronmotor ist.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektromotor (6) und die Wechselspannungsquelle (7, 11) ein regelbarer Phasenschieber (12) eingeschaltet ist.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Entladungsröhre (2) und die Wechselspannungsquelle (7, 11) ein die Spannung anhebender Aufwärtstransformator (13) eingeschaltet ist.

4. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkörper ein Yttrium-Aluminium-Granat-Stab (3) ist.

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