DE1954767A1 - Method and arrangement for power stabilization of infrared gas lasers - Google Patents
Method and arrangement for power stabilization of infrared gas lasersInfo
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- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
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- H01S3/134—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers
Description
Messerßchmitt-BcJlkow-Blohm GmbHMesserßchmitt-BcJlkow-Blohm GmbH
.... , 28. Oktober I969...., October 28, 1969
MünchenMunich
EM 3IO3'
Kre/spEM 3IO3 '
Kre / sp
Verfahren und Anordnung zur Leistungsstabilisierung von Infrarot-Gaslasern Method and arrangement for power stabilization of infrared gas lasers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Leistungstabilisierung von Infrarot-Gaslasern, speziell für Infrarot-Hochleistungsgaslaser.The invention relates to a method and an arrangement for power stabilization of infrared gas lasers, especially for infrared high-power gas lasers.
Bisher wurde die Leistung solcher Laser nur durch die Stabilisierung der zugeführten Gas- und Energiemengen geregelt bzw.. konstant gehalten.So far, the power of such lasers has only been achieved through stabilization the supplied gas and energy quantities regulated or kept constant.
Andere Verfahren und Anordnungen entnehmen hierzu dem Ausgangsstrahl einen konstanten Bruchteil der Leistung, messen diesen und beeinflussen dann einen Regelkreis, der die Leistung auf einen konstanten Wert hält bzw. nachregelt. Das erstgenannte Verfahren enthält keine Regelschleife und läßt daher aufgrund von internen Fluktuationen im Laserresonator größere Leistungsschwankungen - und zwar bis zu 5O?6 - zu» Bei dem zweitgenannten Verfahren ist als nachteilig anzusehen, daß ein Teil der Strahlung zur Regelung ausgekoppelt werden muß und somit anderen Zwecken verloren geht. Die effektive Ausgangsleistung wird außerdem dadurch vermindert. Weiterhin sind die Detektoren, die für eine schnelle Regelung nach dieser vorgenannten An-Ordnung notwendig sind, sehr kostspielig und müssen außerdem noch mit flüssigem Stickstoff oder Helium gekühlt werden.Other methods and arrangements can be found in the output beam a constant fraction of the power, measure it and then influence a control loop that controls the power holds or readjusts a constant value. The first-mentioned method does not contain a control loop and can therefore be used from internal fluctuations in the laser resonator larger fluctuations in power - up to 50? the radiation has to be decoupled for regulation and is thus lost for other purposes. The effective output power is also reduced as a result. Furthermore, the detectors are necessary for rapid regulation according to this aforementioned arrangement are necessary, very expensive and also have to be cooled with liquid nitrogen or helium.
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EM 3103 o 28. Oktober 1969EM 3103 o October 28, 1969
Kre/spKre / sp
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren mit einer Anordnung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln die Ausgangsleistung eines Infrarotgaslaeers zu stabilisieren gestatten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mittels einfacher, ungekühlter, hoch-Zßitauflösender Detektoren, beispielsweise Fotovervielfacher oder Halbleiterdioden, die Intensität einer im. optischen oder nahen Infrarotbereich liegenden Seitenlinien eines beim W Laserprozeß aktiv beteiligten Gases - beispielsweise bei CO2 Laser des in der Laserstrecke befindlichen Stickstoffes gemessen wird und dieses Meßsignal zur Regelung der Strom- und Spannungsdaten des elektrischen Pumpsystems verwendet wird.The invention has set itself the task of eliminating these disadvantages and of creating a method with an arrangement which allows the output power of an infrared gas laeers to be stabilized with simple means. This object is achieved in that the intensity of an im. optical or near infrared range of a gas actively involved in the W laser process - for example, in the case of a CO 2 laser, the nitrogen in the laser path is measured and this measurement signal is used to control the current and voltage data of the electrical pump system.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Lichtes der Seitenlinien des aktiven Lasergases im Resonator ein Monochromator mit einer Fotodiode angeordnet ist, der ein Verstärker und ein Komparator zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal ein Stellglied für die Energieversorgung des Laserresonators beeinflußt· Weiterhin wird vorgeschlagen, ,^.daß als ungekühlter, hoch-zeitauflösender Detektor ein Fotovervielfacher verwendet wird.To carry out this process, it is proposed that in the A monochromator with a photodiode is arranged in the area of the light of the side lines of the active laser gas in the resonator is associated with an amplifier and a comparator, the output signal of which is an actuator for the power supply of the laser resonator. It is also proposed that a photomultiplier be used as an uncooled, high-time-resolution detector is used.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Maßnahme sind darin zu sehen, daß mit der bekannten Optik und mit sehr niedrigem Kosten- und Materialaufwand auf der Detektorseite gearbeitet werden kann und außerdem das Detektorsystem keine Kühlung mehr benötigt. Ganz wesentlich jedoch ist, daß die Intensität bestimmter Seitenlinien - beispielsweise beim CO -Laser dieThe advantages of this measure according to the invention are therein too see that worked with the known optics and with very low cost and material expenditure on the detector side and, moreover, the detector system no longer requires cooling. What is essential, however, is that the intensity is more definite Lateral lines - for example with the CO laser the
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Krfi/sp ,Krfi / sp,
Übergänge des ersten und zweiten positiven Systems von Stiele-.stoff im Bereich 3300 bis 8OOO S - ein Maß für die Änderung der Bcsetzungsdichte der Laserniveaus darstellt, wodurch wiederum diese Intensität ein Maß für die - kurze Zeit später (beispielsweise Millisekunden) - auftretende Lasorausgangs-1eistung ist. Dadurch kann man Regelungsmaßnahmen gegen eine, sich verändernde Leistung schon-vor dem Eintreten dieser nunmehr vorhersehbaren Veränderungen ergreifen, so beispielsweise, für Veränderungen der Strom- und Spannungswerte der Pumpent- ladungj Dies ist ein ganz wesentlicher Vorteil gegenüber den eingangs beschriebenen Anordnungen nach dem Stand der Technik, bei denen ein^Teil der effektiven Ausgangsleistung ausgekoppelt und gemessen wird und dann erst zur Regelung verwendbar ist. Transitions of the first and second positive system of stem substance in the range 3300 to 8000 S - represents a measure for the change in the concentration of the laser levels, whereby this intensity in turn is a measure for the laser output which occurs a short time later (for example milliseconds). 1performance is. This allows you to control measures against, changing power take already-before entering this now foreseeable changes, such as, for changes in the current and voltage values ladungj the Pumpent- This is a very significant advantage over the above-described arrangements of the prior Technology in which a ^ part of the effective output power is decoupled and measured and can only then be used for regulation.
Die Erfindung ist nachfolgend beschrieben und in einem Blockschaltbild schematisch dargestellt, so daß auch hieraus weitere Vorteile und Maßnahmen entnehmbar sind.The invention is described below and shown schematically in a block diagram, so that further Advantages and measures can be taken.
Die erfindungsgeraäße Anordnung setzt sich in Aufbau und Arbeitsweise wie folgt zusammen: Neben der Laserresonatorstrecke 10 mit den Elektroden 11,12 befindet sich ein Monochromator 20 zum Ausblenden einer bestimmten Seitenlinie des seitlich aus dem Resonator 10 austretenden Lichtes tk* Diese Seitenlinie fällt auf eine Intensitätsmeßanordnung 3Q - beispielsweise Fotodiode oder Fotovervielfacher - in der die Intensität des Lichtes in einen elektrischen Meßwert (Spannung oder Strom) umgewandelt wird. Dieser Meßwert wird in einem Verstärker 40The arrangement according to the invention is composed as follows in terms of structure and mode of operation: In addition to the laser resonator section 10 with the electrodes 11, 12 there is a monochromator 20 for masking a certain side line of the light tk * emerging from the side of the resonator 10. This side line falls on an intensity measuring arrangement 3Q - for example photodiode or photomultiplier - in which the intensity of the light is converted into an electrical measured value (voltage or current). This measured value is in an amplifier 40
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Kre/sp "- 4 - ._ ' " Kre / sp "- 4 - ._ '"
verstärkt und in einem Komparator 50 rait einem einstellbaren Wert verglichen. Das Differenzausgangssignal 51 des !Comparators 50 wirkt auf ein Stellglied 60t welches die Energieversox'gung 70 'des Laserresonators 10 solange verändert, bis die Meßwertdifferenz im Komparator 50 unter eine gewisse apparativ bedingte Schranke - beispielsweise Rauschsignal - abgefallen ist. Durch Veränderung des einstellbaren Wertes (Spannung oder Strom) im Komparator 50 kann dadurch außerdem die Ausgangsleistung des Lasers in einem gewissen Bereich verändert werden. amplified and compared in a comparator 50 rait an adjustable value. The difference output signal 51 of the comparator 50 acts on an actuator 60 t which changes the energy pollution 70 'of the laser resonator 10 until the measured value difference in the comparator 50 has fallen below a certain device-related limit - for example a noise signal. By changing the adjustable value (voltage or current) in the comparator 50, the output power of the laser can also be changed in a certain range.
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BAD ORfGiNAL 109819/1667
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