DE19744565C2 - Wellenlängenmeßgerät für kurze Laserpulse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellenlängenmeßgerät für kurze Impulse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim heutigen Stand der Technik sind alle durchstimmbaren Fabry-Perot-Filter, Verlaufs- Interferenz-Filter, Monochromatoren usw. zeitlich immer nur bei einer Wellenlänge empfangsbereit, daher ist die Wahrscheinlichkeit einzelne, kurze Pulse zu detektieren ohne eine zeitliche Synchronisierung sehr gering.

Simultan messende Diodenzeilenspektrometer arbeiten mit einer On-Chip-Integration des Meßsignals und bei den im Vergleich zu den ns-Pulsen langen Meßzeiten ist das Hintergrundsignal problematisch, da dessen Rauschen die geringe Intensität der zu messenden Pulse überdeckt. Bei den üblichen geringen Pixelabmessungen ist es zudem schwierig gleichzeitig ein ausreichend großes Sehfeld und eine große Eintrittspupille zu realisieren, da dies zu genau entgegengesetzten Anforderungen an die Brennweite führt.

Aus der US 4,792,230 A ist für eine Messung von Form- oder Frequenzveränderungen von extra kurzen optischen Pulsen eine Michelson-Interferometeranordnung bekannt. Diese Interferometeranordnung umfaßt einen He-Ne Laser, der parallel zu dem zu vermessenden Strahlengang angeordnet ist. Die Weglänge einer der Zweige des Interferometers wird mit einer konstanten Geschwindigkeit verändert. Die Intensitäten des interferierenden Lichtes des Lasers und des zu vermessenden Lichtes werden detektiert, wobei aus den gemessenen Signalen durch Bezugnahme auf die Referenzlichtquelle die Frequenz des zu vermessenden Lichtes ermittelbar ist.

Aus der US 4,772,118 A ist eine Anordnung zur Bestimmung der Länge von Laserpulsen bekannt, bei der das Laserlicht mittels eines Strahlenteilers in zwei Strahlenzweige aufgeteilt wird. Der eine Strahlenzweig weist eine Diode zur Bestimmung der Grundenergie des Lasers auf, wobei der zweite Strahlenzweig einen Photomultiplierer für die Messung der Energie zweiter Ordnung aufweist. In Abhängigkeit von der Pulsdauer steigt die Energie der zweiten Ordnung an, so daß aus dem Verhältnis der detektierten Energie die Pulsdauer ermittelbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Bestimmung der Wellenlänge von schmalbandigem Streulicht, welches von kurzen Laserpulsen - beispielsweise von Laserentfernungsmessern - erzeugt wird, möglich macht und gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels von einem Strahlteiler mit zwei Detektoren in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Diagramm bezüglich einer Transmissionskurve von einem Spektralfilter.

Nachstehend ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wellenlängenmeßgeräts für schmalbandige Lichtpulse beschrieben, wie sie beispielsweise bei von Laserentfernungsmessern erzeugtem Streulicht auftreten. Als Situations-Gegebenheiten sind einmal eine kurze Pulsdauer und eine sehr geringe Intensität anzuführen. Die Pulsdauer liegt typischerweise im ns-Bereich. Weiterhin ist der Zeitpunkt des Pulses und die genaue Richtung unbekannt, daher müssen gleichzeitig alle Wellenlängen im interessierenden Spektralbereich überwacht werden und auch ein gewisses Sehfeld muß mit einer geeigneten Vorsatzoptik überwacht werden.

Der allgemeine Erfindungsgedanke sieht daher vor, den einfallenden Lichtpuls räumlich aufzuspalten und auf eine bestimmte Anzahl - mindestens zwei - von Meßkanälen zu verteilen. Diese Meßkanäle zeichnen sich durch spektral unterschiedliche Empfindlichkeiten aus und die Empfindlich­ keitskurven als Funktion der Wellenlänge sind dabei als monoton steigend oder fallend vorausgesetzt, idealer Weise als linear.

Aus den einzelnen Meßwerten der verschiedenen Kanäle ist die Wellenlänge des jeweils einfallenden Lichts rechnerisch eindeutig ermittelbar, mindestens durch Quotientenbildung. Die geeigneten spektralen Empfindlichkeitskurven werden durch verschiedene Spektralfilter und unterschiedliche Detektoren gebildet.

Ein Ausführungsbeispiel des vorgenannten Wellenlängenmeßgerätes ist in Fig. 1 skizziert und zeigt ein lichtsammelndes Objektiv aus Spiegel- oder Linsenelementen in dessen Sammelstrahlachse ein Spektralfilter angeordnet ist und den Sammelstrahl in zwei Teilstrahlen ST1 und ST2 wellenlängenabhängig teilt, die jeweils über eine Fokussieroptik FO1 und FO2 auf den ihnen zugeordneten Detektor 1 und 2 gelenkt werden.

Das Diagramm in Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel für eine günstige Transmissionskurve des verwendeten Spektralfilters. Daraus geht hervor, daß abhängig von den Wellenlängen die Detektoren unterschiedliche Signalstärken relativ zueinander sehen. Das Signal I₁ des Detektors 1 ist: I₁ = T.I₀ und das Signal des Detektors 2 ist: I₂ = R.I₀.

Die Wellenlänge λ ergibt sich beispielsweise aus I1/I2 = T/R (λ) unabhängig von der Intensität I₀ des einfallenden Lichts.

Durch die vom Stand der Technik bisher nicht erkannten vorgeschlagenen Maßnahmen ist nun die Bestimmung der Wellenlänge von schmalbandigem Streulicht kurzer Laserpulse auf überraschend einfache Weise gewährleistet.

Claims (3)

1. Wellenlängenmeßgerät für kurze Laserpulse von schmalbandigem Streulicht mit geringer Intensität - beispielsweise eines Laserentfernungsmessers - wobei ein bestimmtes Sehfeld von einer Vorsatzoptik simultan überwacht wird, und bei dem das einfallende Licht räumlich aufgespalten und auf eine bestimmte Anzahl von Meßkanälen verteilt wird, wobei diese Meßkanäle spektral voneinander unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen, welche durch im Strahlengang einer Sammeloptik angeordnete Spektralfilter oder unterschiedliche Detektoren erzeugt werden und aus den Meßwerten der verschiedenen Meßkanäle die Wellenlänge des einfallenden Lichts rechnerisch ermittelt wird.

2. Wellenlängenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammeloptik eine Spiegel- oder Linsenoptik eingesetzt wird.

3. Wellenlängenmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem durch das oder die Spektralfilter erzeugten Meßkanal spektral unterschiedlicher Empfindlichkeit eine Fokussieroptik und ein entsprechender Detektor zugeordnet ist.