DE2313448C2 - Geregelte Laseranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine geregelte Laseranordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist und in der US-PS 36 28 173 beschrieben wird.

Laser möglichst hoher Ausgangsstrahlung, d.h. solche, bei denen gewährleistet ist, daß durch richtige Justierung bzw. Einstellung die maximal erzielbare Strahlungsleistung herausgeholt wird, werden seit langem angestrebt. Die Strahlungsleistung eines derartigen Lasers läßt sich allgemein definieren durch Lichtstärke pro Öffnungsfläche und Strahlungswinkel im Fernfeld. Zum Erzielen hoher Abstrahlleistung sollte bei möglichst großer abgestrahlter Lichtstärke eine Abstrahlung im Transversal-Wellentyp geringster Ordnung vorgesehen werden. Um eine stetige maximale Ausgangsleistung zu erzielen, ist gemäß DE-OS 19 50 943 bereits bei einem Gaslaser zwischen zwei fokussierenden Reflektoren eine trägheitslose Resonator-Nachjustierung realisiert.

Darüber hinaus erstrecken sich derartige Bestrebungen auch auf Diodenlaser. So wird allgemein bei Galliumarsenid-Diodenlaser der optische Resonator durch die Endflächen des Diodenlasers selbst gebildet, wobei dann die Abstrahlung in einer Vielzahl von Transversal-Wellentypen mit mehr oder weniger zufälliger Phasenverteilung erfolgt. Bei Navigation- und Kommunikationssystemen soll demgegenüber aber der Laserstrahl sehr eng gebündelt sein, wobei die Abstrahlung möglichst in einem einzigen Transversal-Wellentyp erfolgen soll, um so auf alle Fälle Phasengleichförmigkeit sicherzustellen.

Daraus ergibt sich als Hauptnachleil derartiger Diodenlaser, daß die abgegebene Strahlung nicht so kohärent ist, wie es bei anderen Lasertypen der Fall ist, und daß die Winkelabstrahlung größer ist als der sich theoretisch aufgrund der Brechung ergebende Grenzwert. Infolgedessen ist dann auch die Strahlungsleistung geringer als diejenige, die sich aus einer vollkommen räumlich kohärenten Strahlungsquelle ergeben würde. Die Strahldivergenz beträgt angenähert 20° sowohl in Richtung senkrecht als auch in Richtung parallel zur PN-Übergangsfläche. Die Strahlausweitung senkrecht zur PN-Übergangsfläche erreicht allerdings angenähert den theoretischen, sich durch Brechung ergebenden Grenzwert, wenn eine Strahlungsquelle, d. h. ein Makrosystem, benutzt wird, das lediglich einige wenige μπι hoch ist.

In jedem Fall aber ist in Richtung parallel zum PN-Übergang die Strahlausweitung mehr als lOOma! größer als der sich rein theoretisch ergebende Grenzwert, weil der dann kurze und relativ breite Resonator das Entstehen einer großen Anzahl von Transversal-Wellentypen begünstigt.

Zur Lösung hierdurch bedingter Probleme sind bereits einige Vorschläge erfolgt bzw. bekanntgeworden. So werden Injektionslaser sehr kleiner Abmessungen benutzt; jedoch ist dann aber auch die Strahlleistung entsprechend klein. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Diodenstruktur mit zueinander im Winkel liegenden Oberflächenbereichen beschrieben, so daß sich totale innere Reflexion in dei einen Richtung und die Emission eines stark gebündelten kohärenten Lichtstrahls in entgegengesetzter Richtung in Ebene des PN-Übergangs ergibt Hierzu wird auf die Veröffentlichung im »journal of Applied Physics«, August 1964, Vol. 35, No. 8, Seiten 2321 bis 2323 verwiesen. In der Praxis sind aber derartige Diodenlasertypen äußerst schwer herzustellen, insbesondere dann, wenn Reproduzierbarkeit bei zuverlässiger Betriebsweise angestrebt

is wird; darüber hinaus variieren noch ihre Charakteristiken von Stück zu Stück

Eir» bedeutsamer Fortschritt läßt sich dadurch erzielen, daß Diodenlaser in einem speziellen optischen Resonator eingebracht und ausgerichtet werden, wobei die entsprechenden Laseroberflächen jeweils mit einem Antireflexbelag überzogen sind. Eine Anordnung dieser Art ist in einer Veröffentlichung in der Zeitschrift »Applied Optics«, September 1969, Vol. 8, No. 9, Seiten 1859 bis 1865 beschrieben, wo gezeigt wird, daß die Ausgangsstrahlungsleistung bei Anwendung spezieller äußerer Resonatoren um eine Größenordnung höher liegt, als es bei Systemen der Fall ist, die ohne speziellen optischen Resonator betrieben werden, wobei sich darüber hinaus noch zeigt, daß im speziellen Fall der größte Teil der Abstrahlung im TEMoo-Wellentyp erfolgt. Mit einer solchen Anordnung läßt sich eine

Spitzenleistung bis zu etwa 2 W bei Raumtemperatur erzielen.

Trotz der hiermit erzielten Fortschritte gegenüber

ib anderen bekannten Systemen ergeben sich hierbei jedoch noch zwei prinzipielle Nachteile:

1. Die Ausgangsstrahlung enthält noch neben dem erwünschten TEMoo-Wellentyp einen beträchtlichen Betrag an TEMot- und TEM₀2-Wellentyp-Anteilen.

2. Zufriedenstellende und zuverlässige Betriebsweise unter üblichen Umweltbedingungen ist nicht zu erreichen; wenn auch unter kontrollierten Laborationsbedingungen noch durchaus zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen sind.

Letzteres Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß der äußere Resonator nur sehr schwer mit dem Makrosystem in Wirkungskopplung zu bringen ist. Eine entsprechende Justierung ist äußerst kritisch. Eine weitere Schwierigkeit zeigt sich, wenn ein einmal erzielter Abgleich zwischen Diodenlaser und Resonator über einen längeren Zeitraum unabhängig von Laboratoriumsbedingungen beibehalten bleiben soll. In der US-PS 36 28 173 werden Stabilisierungsmaßnahmen für einen Breitband-Laser beschrieben, um Abstrahlung mit einer einzigen Frequenz zu erhalten, indem die Erstreckung in axialer Länge des optischen Resonators, gebildet aus den Fokussierungsreflektoren, nachgeregelt und der optische Resonator selbst mit der Stellgröße beaufschlagt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die geregelte Laseranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß sie bei Verwenden einer Halbleiterdiode mit ihrem PN-Übergang als aktivem Lasermaterial eine maximale Ausgangsleistung des Laserlichts auch über beliebig langen

Zeitraum gestattet, ohne daß unter unvermeidlichem Einfluß äußerer Einwirkungen Schwankungen zu verzeichnen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Hierbei wird lediglich Leckstrahlung des an sich lichtundurchlässigen Reflektors zu Steuerung und Rückführung der Regelgröße bei Betrieb des Regelkreises ausgenutzt. Die Leckstrahlung wird dabei durch die photoelektrischen Abfühlmittel erfaßt, deren von der Strahlleistung abhängige Impulsamplituden eine entsprechende Erregerspannung für die piezoelektrischen Wandler bereitstellen lassen. Ausdehnen und Zusammer.ziehen beider piezoelektrischen Wandler ist für eine Justage-Höhenverstellung der Reflektorbauteilsätze völlig ausreichend. Piezoelektrische Bauelemente in Form entsprechender Keramikbauteile können sich um ±15μηι ausdehnen und zusammenziehen, wenn eine Spannung von ±500 V wirksam ist. Dies entspricht durchaus den tatsächlichen Gegebenheiten bzw. Erfordernissen, da die Erfahrung zeigt, daß Vibrationen und Stoßwirkung in Extremfällen ohne weiteres eine relative Verschiebung zwischen konfokalen Reflektoren und Makrosystem des Diodenlasers um 15 μηι bewirken können.

Es hat sich herausgestellt, daß nach anfänglich bei Herstellung erfolgter präziser Ausrichtung bzw. Einstellung der Laseranordnung eine weitere Nachjustierung bei Betrieb nur über Regelung der sehr kleinen Abmessung des PN-Übergangs zu erfolgen braucht. Dies beruht in überraschenderweise Weise darauf, daß bei bekannten Laseranordnungen Verschiebungen einzelner Bauteile längs des optischen Pfades oder längs des PN-Übergangs keine kritischen Faktoren zum Erzielen stabiler Abstrahlleistung darstellen, da die entsprechenden Toleranzen dies ohne weiteres zulassen. Damit braucht unter praktischen Betriebsbedingungen eine Verschiebung bezüglich der Fokussierungsmittel in vorteilhafter Weise nur längs der sehr kleinen Abmessung des PN-Übergangs geregell zu werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der unten aufgeführten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 die perspektivische Ansicht einer in der Anordnung nach F i g. 1 verwendeten Laserdiode,

F i g. 3 eine Einzeldarstellung des in F i g. 1 gezeigten Steuerkreises,

F i g. 4 den Schaltkreis eines Spitzendetektors, wie er in der Steuerschaltung nach F i g. 3 Anwendung findet,

Fig. 5 und 6 graphische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der Steuerschaltkreise nach F i g. 3,

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Diodenlaser 2 an seinen strahlenden Oberflächenbereichen mit einem Antireflexbelag überzogen und in einen besonderen Resonator eingebracht Jede Seite des Resonators enthält Linsensysteme und einen ebenen Reflektor zur Errichtung eines Eigenschwingungs-Feldes für die Abstrahlung vom P-N-Übergang des Diodenlasers. Jeweils zwischen Linsen und Reflektoren angeordnete öffnungsbegrenzende Schlitze gewährleisten dabei, daß die Ausgangsstrahlung auf die niedrigste Ordnung des Transversal-Wellentyps (TEMoo) beschränkt bleibt

Eine Seite des Resonanzhohlraums enthält den Reflektor 10 eine lichtundurchlässige Platte oder Scheibe 11 mit einem Öffnungsbegrenzenden Schlitz 12 und ein Linsensystem mit den Linsen 13 und 14, die hinsichtlich spärischer Aberration korrigiert sind. In gleicher Weise besteht die andere Seite des Resonanzhohlraums aus dem Reflektor 15, einer lichtundurchlässigen Platte oder Scheibe 16 mit einem öffnungsbegrenzenden Schlitz 17 und einem Linsensystem, bestehend aus den Linsen 18 und 19. Die Resonatorbegrenzungen jeder Seite sind auf den Plattformen 21 bzw. 22 montiert. Wie weiterhin aus der Darstellung nach Fig. 1 hervorgeht, liegt die Mitte des Diodenlasers im Abstand f entsprechend der Brennweite von der jeweiligen Linsenhauptebene Wl; die Reflektorebenen liegen jeweils auf den anderen Seiten der Linsensysteme, und zwar ebenfalls im Abstand der Brennweite /!jedoch hier gemessen von der jeweiligen anderen Linsenhauptebene W2. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden wirksamen Oberflächen des Diodenlasers 2 diejenigen also, die mit dem Resonator zusammenwirken, als Kristall-Spaltflächen jeweils mit einem Antireflexbelag in Form eines dielektrischen Films für eine möglichst wirkungsvolle Betriebsweise des Diodenlasers innerhalb des Resonators überzogen. Die anderen Oberflächenbereiche sind aufgerauht oder mit inaktivem Material überzogen, um eine Abstrahlung hiervon auszuschließen. Die Ausgangsstrahlung des Systems gelangt durch den Reflektor 15, dessen Reflektionsvermögen zwischen 0,1 und 0,2 liegen kann. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Reflektionsvermögen des Reflektors 15 etwa 0,2. Der Reflektor 10 ist im wesentlichen total reflektierend, d. h. etwa zu 99%.

Ein sehr kleiner Strahlungsanteil gelangt durch den Reflektor 10 auf den Photodetektor 28. Der durch den Photodetektor 28 hervorgerufene Strom, der proportional der Lichtstärke ist, wird verstärkt und dann einem Steuerstromkreis 30 zugeführt, der die piezoelektrischen Kristalle 25 und 27 speist, die jeweils in vertikaler Richtung, d. h. senkrecht zur P-N-Übergangsfläche des Diodenlasers 2 schwingen. Die piezoelektrischen Kristalle sind bekanntlich elektrisch-mechanische-Umsetzer. Die seitens des Steuerstromkreises 30 angelegten Spannungen haben infolgedessen jeweils eine entsprechende Ausdehnung oder Zusammenziehung der piezoelektrischen Kristalle zur Folge, so daß die Plattformen 21 und 22, die über Zwischenlagen 24 und 26 auf dem piezoelektrischen Kristallen 25 und 27 aufliegen, entsprechend auf- und abschwingen. Wie weiter unten noch beschrieben werden soll, dient der durch das Lasersystem erzeugte Strahlungsanteil zur äußerst genauen Regelung der Ausdehnungsänderung der piezoelektrischen Kristalle 25 und 27, so daß die äußeren Bauelemente des Resonators immer in Ausrichtung mit dem P-N-Übergang des Diodenlasers 2 bleiben. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die Elektrodenanschlüsse und die Stromquelle zur Bereitstellung des Injektionsstroms über den P-N-Übergang nicht dargestellt.

Die in Fig.2 gezeigten Koordinaten beziehen sich auf den perspektivisch dargestellten Diodenlaser 2, so daß dessen Lage in der Anordnung nach F i g. 1 dank des dort gezeigten Koordinatensystems eindeutig definiert ist Die Abmessungen des Diodenlasers 2 betragen in typischer Weise 2 χ 200 χ 400 um, und zwar in den X-, Y- und Z-Richtungen. Die Abstrahlung erfolgt jeweils im Bereich des Übergangs aus den Oberflächenberei-

chen 3 und 5; da die anderen Oberflächenbereiche wie z. B. Oberflächenbereich 6 mit inaktivem Material überzogen oder aufgerauht sind, wird wie bereits gesagt, eine Abstrahlung von diesen Oberflächenbereichen weitgehend ausgeschaltet. Die Oberflächenbereiche 3 und 5, die mit den äußeren Resonatorbauelementen zusammenwirken, stellen Kristall-Spaltflächen dar, um jeweils gleiche optische Weglängen für den kohärenten Strahl durch den Diodenlaser zu erhalten. Die Oberflächenbereiche 3 und 5 sind außerdem mit einem Antireflexbelag überzogen, um unerwünschte interne Laserbetriebsweise innerhalb des Diodenlasers 2 zu verhindern.

In der X-Richtung beträgt die Abmessung des P-N-Übergangs 4 angenähert 2 μίτι, so daß die jeweils mit dem Resonator zusammenwirkende P-N-Übergangsfläche 2 χ 200 μίτι beträgt.

Die Wirkungsweise eines äußeren Resonators, bestehend aus fokussierenden Linsensystemen in Zusammenwirken mit jeweils einem ebenen Reflektor, wobei eine enge Kopplung mit einander gegenüberliegenden Flächen eines Diodenlasers vorliegt, ist bereits Gegenstand der genannten Veröffentlichung in »Applied Optics«, September 1969, Vol. 8, No. 9, Seiten 1859 bis 1865.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendeten Resonator wird im Grunde das gleiche Prinzip wie oben erwähnt angewendet. So transformieren z. B. die Linse 13 und die Korrekturlinse 14 in X-Richtung die divergierende Wellenfront der Laserstrahlung in eine ebene Wellenfront in der Reflektorebene 10. Die reflektierte Wellenfront wird ihrerseits in eine zirkuläre Wellenfront transformiert, die auf den Diodenlaser 2 zu konvergiert, der ja in der Brennebene der Linsensysteme liegt. Das gleiche gilt für die Linsen 18 und 19. Beide Linsensysteme erreichten hierbei also ein Eigenschwingungsfeld in X-Richtung. Eine ähnliche Analyse für die Strahlung in hierzu senkrechter Richtung des 'P-N-Übergangs, d.h. in der K-Richtung würde zum gleichen Resultat führen.

Im Vergleich zu den gemäß oben genannter Veröffentlichung verwendeten Einzellinsen werden im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 korrigierte Linsensysteme angewendet, um Linsenfehler aufgrund sphärischer Aberration auszuschalten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Anwendung unkorrigierter Linsen zusätzlich zu Verlusten beiträgt, was hauptsächlich zu einem quadratischen Phasen-Fehler über der vom Diodenlaser abgestrahlte Wellenfront führt. Dieser Fehler nämlich schließt einen großen Teil der Weitwinkelabstrahlung am P-N-Übergang aus und verhindert weitgehend die Ausbildung eines Eigenschwingungsfeldes für eine Weitwinkelabstrahlung. Die korrigierten Linsensysteme stellen jeweils Zweilinser mit konjugierten Werten der Aberration dritter Ordnung dar und sind teilweise korrigiert für die Aberration fünfter Ordnung.

Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das jeweils zur Begrenzung des Resonators verwendete Linsen-Planreflektor-System durch einen äquivalenten Konkavreflektor zu ersetzen. Dies führt jedoch zu weniger zufriedenstellenden Ergebnissen in der Ausgangsabstrahlung. In einem Resonator mit konkaven Spiegeln stellt der Strahlradius für den TEMoo-Wellentyp im Resonanzhohlraummittelpunkt eine Funktion des Spiegelradius dar. Da nun jedoch die aktive Zone des Diodenlasers rechteckig ausgebildet sein muß, d. h. sehr viel breiter als hoch, um möglichst hohe Leistung zu erhalten, hätte dies ζ jr Folge, daß jeder Spiegel in der X- und K-Richtung eine jeweils unterschiedliche Krümmung aufweisen müßte. Gegenwärtig noch ist aber die Herstellung solcher Weise gestalteten Miniaturspiegel, die diesen Anforderungen genügen, zeitaufwendig und daher mit entsprechend hohen Kosten verbunden.

Demgegenüber ist bei dem im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendeten Resonator unter Anwendung sphärischer Linsen und ebener Reflektoren, wobei der Diodenlaser jeweils in Brennweitenabstand von den Linsensystemen entfernt in der Mitte des Resonators angeordnet ist, die Wellentypbreite und -höhe nicht durch Resonatorparameter festgelegt. Aufgrund dieser Symmetrie des Resonators längs seiner optischen Achse wird eine ebene Wellenfront im Resonatorzentrum in eine ebene Wellenfront an den Reflektoren transformiert. Nur das Produkt der Radien des grundlegenden Wellentyps wo im Resonatorzentrum und wi an den Reflektoren ist dabei auf die Brennweite der Linsen bezogen. Der Wellentypradius W₀ selbst ist unabhängig von den Resonatorparametern; infolge dessen stimmt der Querschnitt des Eigenschwingungsfeldes im Resonatorzentrum bei der Ausführung nach Fig. 1 mit der Breite und Höhe der aktiven Zone des Diodenlasers überein. Obgleich der optische Resonator in seiner Längsachse symmetrisch zu beiden Seiten ist, ist die Strahlerstreckung vom P-N-Übergang zu den Linsensystemen in Verlängerungsrichtung des Übergangs gleich dem eines nahezu konfokalem Resonators; wo hingegen in Richtung senkrecht zum Übergang die Strahlausdehnung die eines nahezu konzentrischen Resonators ist.

Die Auswahl des Transversal-Wellentyps TEMoo niedrigster Ordnung längs des P-N-Übergangs der Laserdiode 2, d. h. also in V-Richtung, ergibt sich durch die Öffnungsbegrenzenden Schlitze 12 und 17. Diese Schlitze sind überflüssig, wenn der Injektionsstrom durch die Laserdiode 2 in etwa dem Schwelienwertstrom entspricht. Wird jedoch der Injektionsstrom auf höhere Werte gebracht, dann überlagern sich Transversal-Wellentypen höherer Ordnung dem TEMoo-Wellenlyp. Zur Diskriminierung dieser Wellentypen höherer Ordnung werden die Öffnungsbegrenzenden Schlitze jeweils gegenüber den beiden ebenen Reflektoren angebracht, um jeweils die Photonen-Lebensdauer in allen TEMoo-Wellentypen ausgenommen dem TEMoo-Wellentyp niedrigster Ordnung herabzusetzen.

Unter gewissen Voraussetzungen ist es möglich, eine angemessene Wellentypauswahl mit nur einem einzigen Öffnungsbegrenzenden Schlitz herbeizuführen, wie z. B. Schlitz 12, so daß die Notwendigkeit der Anordnung einer weiteren Schlitzblende 16 gänzlich entfällt. Jedoch erscheint die Möglichkeit einer einzigen öffnung zur Steuerung der TEMoo-Wellentyps begrenzt für höhere Injektionsströme infolge der Verstärkungssättigung eines Galliumarsenidlasers. Im Galliumarsenidlaser tritt eine Verstärkungssättigung bereits bei relativ niedrigen Injektionsleistungen auf. Es hat sich gezeigt, daß der TEMoo-Wellentyp durch einen einzigen Öffnungsbegrenzenden Schlitz am Reflektor 10 nur so lange gesteuert werden kann, als der Injektionsstrom unter einem Wert gehalten wird, der dem zweifachen Wert des Schwellenwertstromes entspricht Bei höheren Injektionsströmen, bei denen sich die räumliche Verstärkungs-Verarmung mehr auszuprägen scheint, tritt ein Paar symmetrischer Strahlungszipfel im Fernfeldstrahlungsdiagramm auf, die nicht auf die Maxima der Transversal-Wellentypen höherer Ordnung

bezogen werden können. Diese Seitenzipfel jedoch lassen sich eliminieren durch Anwendung des Öffnungsbegrenzenden Schlitzes 16, der in der V-Richtung etwas breiter ist als der Schlitz 11.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Maße des P-N-Übergangs des Diodenlasers 2 200x2 μπι in den Y- und X-Richtungen betragen, ist die Linsenbrennweite jeweils 1 cm. Die Abmessung des Schlitzes 12 in der Platte 11 beträgt 120x5000 μΐη für die V- und X-Richtungen; die Schlitzabmessungen in der Platte 16 betragen für Schlitz 17 etwa 150 χ 5000 μπι jeweils auf die Y- und X- Richtung bezogen. Die Auswahl der Schlitzlänge in der X-Richtung ist relativ unbedeutend im Vergleich zur Schlitzabmessungs-Auswahl in V-Richtung, da die Schlitze hauptsächlich zur Steuerung der Transversal-Wellentypen in K-Richtung dienen.

Wie bereits angedeutet, ist die Ausrichtung des Diodenlasers 2 innerhalb des Resonators kritisch in bezug auf eine möglichst enge Kopplung zwischen der aktiven Zone des Diodenlasers und des Resonators. Die optische Achse des Resonators ergibt sich aus den Linsenparametern zusammen mit der gegenseitigen Zuordnung. Zur Bildung eines Eigenschwingungsfeldes, bei dem der Wellentypquerschnitt mit der aktiven Zone des Diodenlasers zusammenfällt, muß das Zentrum des Diodenlasers längs der optischen Achse ausgerichtet sein, wobei die Endflächen des Diodenlasers senkrecht zur Achse liegen müssen, ebenso wie die ebenen Reflektoren senkrecht zur optischen Achse auszurichten sind. Im gewissen Maße lassen sich Abweichungen hiervon tolerieren, indem nämlich die Linsen um einen kleinen Winkel verdreht sein können, und außerdem Verschiebung längs der optischen Achse zwischen den Linsen und den Endflächen des Diodenlasers durchaus möglich sind. Eine solche Verschiebung muß jedoch kleiner sein als:

Hierin bedeuten:
2IV₀, = die Höhe der aktiven Zone in X-Richtung

λ/ο = die Freiraumwellenlänge der Ausgangsstrahlung im TEMoo-Mode.

Es hat sich gezeigt, daß das durch die Anordnung gemäß F i g. 1 gebildete System hinreichend starr gehalten werden kann, um den Linsen-Diodenabstand bezüglich der Breite der Diode, d. h. in V-Richtung und Z-Richtung einzuhalten. Jedoch ist eine Ausrichtung in der Höhe, d. h. in der X-Richtung auf eine Genauigkeit von ± 1 μπι einzuhalten, was sich praktisch jedoch nicht ohne weiteres durchführen läßt

Um eine hinreichend genaue Ausrichtung während des Laserbetriebes beizubehalten, ist deshalb eine Regelung vorgesehen, in den ein Teil der Laserstrahlung als Regelgröße in Form des durch die Spiegeldurchlässigkeit aus dem Resonator austretenden Lichtes einwirkt, um zwei mechanisch-elektrisch-Wandler zur Ableitung einer Stellgröße zwecks Hebens oder Senkens des Diodenlasers 2 in X-Richtung zu betätigen, so daß die Ausgangsleistung der Laserstrahlung auf ein Maximum gebracht und gehalten wird. Wenn nämlich eine oder beide Seiten des optischen Resonators um ±4 μπι abweichen, läßt sich eine Laserstrahlung nicht weiter aufrechterhalten. Die Laserausrichtung bzw. -justierung muß in diesem Falle dann während einer Anfachung der Laserstrahlung erfolgen; während die Justierung zur Beibehaltung der Laserstrahlung in Maximierungs- und Abgleichsverfahrensgängen durchgeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel für den Steuerschaltkreis 30 ist im einzelnen im Prinzipschaltbild der Fig. 3 gezeigt. In der Anordnung nach Fig. 1 liegt der Diodenlaser 2 zwischen zwei Sätzen von äußeren Resonatorbauelementen, die auf den Plattformen 21 und 22 montiert sind, wobei auf beiden Seiten dann eine Ausrichtung bzw. Justierung erfolgen muß, um eine maximale Laserausgangsstrahlung zu erhalten.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel müssen die

Resonatorbauelemenle mit den zwei 2 μτη breiten Abmessungen des P-N-Übergangs innerhalb von 0,5 μπι

genau justiert werden. Eine Verschiebung eines

Bauelementsatzes um ±4 μηη aus der optischen Achse heraus hat zur Folge, daß, wie bereits erwähnt, die Laserabsirahlung aufhört. Es ist aber zu bedenken, daß bei Betrieb eines solchen Systems Abweichungen bis zu ±15μΐη ohne weiteres aufgrund von Stoß und Vibration eintreten können.

In der Anordnung nach Fig. 3 sind die piezoelektrischen Wandler je durch einen Wechselspannungsgenerator gesteuert, wenn Laseranfachungsbetrieb vorliegt. Hierbei ist der piezoelektrische Wandler 25 durch den Dreieckspannungsgenerator 61 und der piezoelektrische Wandler 27 durch den Sinusspannungsgenerator 62 gesteuert. Diese Wechselspannungsgeneratoren werden gleichzeitig durch ein Anfachungseinleitung-Signal auf der Ausgangsleitung Q des Flip-Flop 63 in Betrieb gesetzt. Dieses Flip-Flop wird durch einen Impuls auf den Setzeingang Sin Betrieb gesetzt. Durch das Flip-Flop 63 werden außerdem die Schalter 70 und 71 zur Verbindung der piezoelektrischen Wandler 25 und 27 mit den Wechselspannungsgeneratoren betätigt. Bei der Anfachungseinleitung wird der piezoelektrische Wandler 25 gewissermaßen zur Abtastung relativ langsam von einem Extremwert zum anderen ausgedehnt und zusammengezogen, wobei eine viel höhere Änderungsrate durch ein Signal vom Sinusgenerator 62 wirksam wird. Dieser sogenannte Abtastvorgang wird wiederholt, bis Laserimpulse auftreten, und im Durchtritt durch den Reflektor 10 beobachtet werden. Entsprechende Impulse werden durch den Photovervielfacher 28 erfaßt, dessen Impulsausgang einen Impulszähler 65 steuert. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen, wie z. B. 4, erfolgt ein Ausgangssignal vom Impulszähler 65 auf den Rücksetzeingang R des Flip-Flops 63, so daß hierdurch ein Abgleichsverfahrensgang in Betrieb genommen wird so und die Anfachungseinleitung beendet wird.

Nach Beendigung der Anfachungseinleitung werden beide Wechselspannungsgeneratoren abgestellt Hiermit sind dann gleichzeitig die Gleichsnannungspegel für jede Wechselspannung, die die piezoelektrischen Wandler in den für einen Laserbetrieb erforderlichen Zustand gebracht haben, eingestellt um die piezoelektrischen Wandler in diesem Zustand zu halten. Diese Gleichspannungen werden über Leitung 68 bzw. 69 vom Dreieckspannungsgenerator 61 und Sinusspannungsgenerator 62 auf die Gleichspannungskreise 66 und übertragen. Die Schalter 70 und 71 verbinden dann die Gleichspannungsquellen 66 und 67 unter Steuerung des Flip-Flops 63 mit dem piezoelektrischen Wandlern und 27, um sie jeweils in dem Zustand zu halten, bei dem das Auftreten von Laserimpulsen festgestellt worden ist Das »Abgleich-Einleitungs«-Signal auf der Ausgangsleitung ^ des Flip-Flops 63 leitet die Erzeugung eines Zitterspannungssignals ein, indem ein Startsignalkreis

73 einen Zitterspannungsgenerator 75 über einen Zitteramplitudensteuerkreis 74 betätigt. Wie bekannt, besitzt ein Zitterspannungssignal eine relativ kleine Amplitude einer Sinusspannung bei geringer Frequenz, ' die einem im wesentlichen konstanten Gleichspan-

■ nungssignal überlagert ist. Das Signal des Zitterspan-'! nungsgenerators 75 wird den Spannungen der Gleichspannungsquellen 66 und 67 in alternativer Weise durch

■' Zuführung über den Blockkondensator 77 und Umschalter 79 übertragen, der seinerseits durch den Nullzähler 92 in feiner Schaltstellung gesteuert wird. Unter dei

' Annahme, daß der Schalter 79 zunächst die Gleichspannungsquelle 66 anlegt, verursacht das hierdurch übertragene Zitterspannungssignal eine Ausdehnung und Zusammenziehung des piezoelektrischen Wandlers

' 25 um seine Ruhelage. Als Ergebnis hiervon wird eine Serie von Laserirnpuiscn wechselnden Er.ergieinhalts erzeugt, die über die oben beschriebene Erfassung zur

• Erzeugung eines Fehlersignals εο dienen. Während einer halben Periode des Zitterspannungssignals ist die mechanische Bewegung des piezoelektrischen Wandlers derart, daß sich eine tatsächlich bessere Einstellung des Lasers ergibt und dementsprechend auch eine erhöhte Laserausgangsleistung.

Wie gesagt, werden die Laserimpulse vom Photovervielfacher 28 erfaßt. Den Laserimpulsen entsprechende elektrische Impulse werden über Leitung 80 auf einen Spitzenspannungsdetektor 81 übertragen sowie auf die Hoch-Zähl-und-Niedrig-Zählkreise 82 und 83.

Wird angenommen, daß das Zitterspannungssignal zunächst den Gleichspannungspegel anhebt, so daß der

'■' piezoelektrische Wandler 25 entsprechend über seinen ; Ruhezustand ausgedehnt wird, dann wird die erste

■ Impulsserie im Hoch-Zählkreis 82 gezählt. Der Spitzenspannungsdetektor 81 dient zum Integrieren dieser Impulse, bis eine maximale Laserleistung erzielt ist, um hierdurch die optimale Lageeinstellung des piezoelektrischen Wandlers 25 anzuzeigen. Der Spitzenspannungsdektor 81 schaltet dann die Hoch-Zähischaltung 82 mit Hilfe eines Stopsignals aus und setzt mit Hilfe eines Startsignals den Niedrigzählkreis 83 in Betrieb. Der piezoelektrische Wandler 25 wird hierbei unter dem Einfluß der Zitterspannung aus seiner optimalen Position gebracht. Die Ausgangsimpulse sind zwar , weiterhin vorhanden, jedoch mit stetig abnehmenden ' Amplituden. Die Impulse dieser Art werden durch den ' Niedrig-Zählkreis 83 gezählt. Die Impulse vom Hoch-Zählkreis und vom Niedrig-Zählkreis 82 und 83 werden je einem Digitalanalog (D/A)-Umsetzer 84 bzw. 85 zugeführt. Die Analogausgänge der Digitalanalog-Umsetzer werden mit Hilfe einer Differentialverstärkers 86 verglichen, der dann ein Fehlersignal εο abgibt, das als Anzeige für die Differenz für die Anzahl der erzeugten Laserimpulse dient, wenn der piezoelektrische Wandler 25 oberhalb und unterhalb des in der Anfachungseinlei-ι' tungsperiode eingestellten Ruhezustandes gebracht •worden ist Mit anderen Worten: εο stellt ein elektrisches ;■' Abbild des Abstandes und der Richtung dar, in welcher 'der piezoelektrische Wandler 25 verändert werden muß, um einen optimalen Zustand einzunehmen. Das ': Fehlersignal εο wird über Leitung 88 einem Überkreu- ^; zungs-Detektor 90 und außerdem über Schaltung 79 der Gleichspannungsquelle 66 zugeführt Das Fehlersignal dient also zur Korrektur des von der Gleichspannungsquelle 66 abgebenen Spannungspegels.

Ein Null-Fehlersignal wird immer dann erzeugt, wenn die Anzahl der Impulse, die ja äquivalent dem mittleren Laserenergieinhalt sind, auf jeder Seite des Maximums gleich sind, womit angezeigt wird, daß die Resonatorbauelemente, die durch den piezoelektrischen Wandler 25 in ihrer Lage gesteuert sind, auf oder nahe bei der richtigen Justierung des P-N-Übergangs eingestellt sind. Unter dieser Bedingung betätigt der Überkreuzungs-Detektor 90 den Nullzählungskreis 92, um zu veranlassen, daß der Schalter 79 nun die Gleichspannungsquelle 67 mit der Fehlersignalleitung 88 verbindet, wo dann die Zitterspannungs-Operation wie vorher im Zusammenhang mit dem piezoelektrischen Wandler 25 beschrieben, für den piezoelektrischen Wandler 27 wiederholt wird. Der Überkreuzungsdetektor 90 ist außerdem wirksam, um den Nullzählkreis 92 zu betätigen, wenn immer kein Impuls vom Photodetektor 28 erfaßt wird. Unter dieser Bedingung wird dann der Impulsausfalldetektor 93 in Betrieb gesetzt, um die Wiedereinleitung der Anfachung der Laserstrahlung durch ein Signa! am Setzeingang Sdes Flip-Flops 63 zu veranlassen.

In Fig. 4 ist eine mehr ins einzelne gehende Schaltung des Spitzenspannungsdetektor 81, wie er in der Anordnung nach F i g. 3 vorteilhaft Verwendung findet, dargestellt. Die vom Photovervielfacher 28 zugeführten Impulse werden durch ein erstes RC-Netzwerk, gebildet üus dem Kondensator CX und dem Widerstand R 1, integriert. Es sei hier daran erinnert, daß die Impulse gleichzeitig entweder durch den Hoch-Zählkreis 82 oder durch den Niedrig-Zählkreis 83 gezählt werden. Die am Punkt 96 auftretenden integrierten Signale werden weiterhin dem Pluseingang des Differentialverstiirkers 94 und außerdem über eine Kopplungsdiode D1 unter Zwischenschaltung eines zweiten WC-Netzwerkes, bestehend aus dem Kondensator C2 und dem Widerstand R2, dem Minus-Eingang des Differentialver;,tärkers 94 zugeführt. Das bedeutet, daß das Signa! am Minus-Eingang des Differentialvcrstärkers 94 dem Signal am Plus-Eingang folgt, bis das Signal am Punk ι 96 einen Spitzenwert erreicht. Bis zu diesem Zeitpunkt erscheint jedoch kein Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 98 des Differentialverstärkers 94, da ja die Potentiale am Plus- und am Minus-Eingang des Differentialverstärkers 94 untereinander gleich sind.

Sowie jedoch die Spannung am Punkt 96 beginnt abzufallen, womit ja angezeigt wird, daß die Resonatorbauelemente den Punkt optimaler Justierung überschritten haben, wird die Kopplungsdiode D1 dank der fortbestehenden Ladung am Kondensator C2 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, wobei vorausgesetzt ist, daß der Wert von R2—C2 größer ist als der Wert von ΛΙ — Cl. Das Signal am Plus-Eingang des Differentialverstärkers 94 fällt unter den Signalpegel des Signals am Minus-Eingang des Differentialverstärkers 94 ab, so daß sich ein Ausgangssignal auf der Ausgangslcüung 98 ergibt. Dieses Signal beiäügi einen monostabilen Multivibrator 95, um einen der Zählkreise 82 oder 83 anzuhalten und den anderen in Betrieb zu setzen, der dann seinen Zählbetrieb so lange fortsetzt, bis keine Impulse mehr vom Photovervielfacher 28 erfaßt werden.

Die graphische Darstellung nach F i g. 5 zeigt die durch die Wechselspannungsgeneratoren 61 und 62 erzeugten Spannungsverläufe, wenn der Regelkreis zur Anfachungseinleitung wirksam ist. Es versteht sich dabei, daß die Betriebseigenschaften des Sinusspannungsgenerators 62 und des Dreieckspannungsgenerators 61 den Erfordernissen des Ausführungsbeispiels der Erfindung angepaßt sind. Für die piezoelektrischen Wandler werden piezoelektrische Keramiken verwendet die sich unter Einwirkung einer Spannung· von

±500 V um ±15μπι ausdehnen und zusammenziehen können. Die Beziehung zwischen der Dimensionsänderung der Keramik, die zu entsprechender Verschiebung der Plattform 21 bzv.· 22 führt, und der an der Keramik wirksamen Spannung ist linear. Wie oben ausgeführt, ergibt sich die Notwendigkeit, die Plattformen um ±15 μίτι um die 2 μίτι starke Obergangsschicht des Diodenlasers 2 verschwenken zu können, aus der Tatsache, daß, wie festgestellt, Verschiebungen von bis zu 15 μπι zu beiden Seiten des Diodenlasers aufgrund von Vibration und Stoß zu erwarten sind. Aus der graphischen Darstellung nach F i g. 5 ist ersichtlich, daß die Sinusspannung zum Betrieb des piezoelektrischen Wandlers 27 eine höhere Frequenz besitzt als die Dreieckspannung zum Betrieb des piezoelektrischen Wandlers 25. Das bedeutet aber, daß die Plattform 22 von einer extremen Lage in die andere, und zwar in X- Richtung mit einer sehr viel höheren Rate verlagert wird, als es für die Plattform 21 der Fall ist. Für die schnellere Bewegung wird eine Sinusspannung angewendet, da sich hierbei keine abrupten Richtungsänderungen in der immerhin mechanisch belasteten piezoelektrischen Keramik ergeben. Frequenz und Dauer der Sinus- und Dreieckspannung hängen dabei von der Frequenz des Injektionsstromes zum Betrieb des Diodenlasers 2 ab. Wird angenommen, daß der Laser Impulse mit einer Folgefrequenz von 1 kHz von angenähert je 75 nsec Dauer abgibt, dann wird ein Laserimpuls jeweils alle Millisekunden erzeugt. Entsprechende Prüfungen haben gezeigt, daß sich eine kohärente Ausgangsstrahlung feststellen läßt, solange der Resonatorhohlraum innerhalb von ±4 μπι justiert ist.

Zu dem Zeitpunkt, an dem ein Impuls vom Impulszähler 65 abgegeben wird, wird der Flip-Flop 63 über seinen Rücksetzeingang R zurückgestellt und somit die Anfachungseinleitung beendet. Signale des Dreieckspannungsgenerators 61 und des Sinuswellengenerators 62 stellen die Gleichspannungspegel der Gleichspannungsquellen 66 und 67 über die Verbindungsleitungen 68 bzw. 69 ein. Damit wird sichergestellt, daß eine Gleichspannung mit einem entsprechenden Wert, wie er sich durch den Augenblickswert der angelegten Wechselspannungen ergeben hat und bei dem der Laser angefangen hat, eine kohärante Strahlung abzugeben, auf die piezoelektrischen Wandler 25 und 27 übertragen wird. Mit anderen Worten: bei dieser Gleichspannung entspricht die geometrische Länge der piezoelektrischen Wandler in X-Richtung proportional den angelegten Gleichspannungen. Die piezoelektrischen Wandler halten nunmehr die Plattformen 21 und 22 in einer solchen Lage, bei der der Resonanzhohlraum ausgerichtet bzw. mit Bezug auf den P-N-Übergang des Diodenlasers 2 justiert ist, so daß kohärente Strahlungsimpulse erzeugt und über den teildurchlässigen Reflektor 15 abgegeben werden können.

Allerdings sind rfie zu diesem Zeitpunkt erzeugten Impulse noch nicht auf maximal abgebbare Leistung des Diodenlasers eingestellt, da ja der P-N-Übergang des Diodenlasers 2 noch nicht präzise mit Bezug auf die Resonatorbauelemente einjustiert ist. Um nun die abgestrahlte Impulsenergie auf einen maximalen Wert zu bringen, sind fernerhin Mittel vorgesehen, um diese Justierung der Resonatorachse mit Bezug auf den P-N-Übergang herbeizuführen. Diese Maximierungsmittel wirken zunächst auf den einen Bauelementsatz des Resonators und dann auf den anderen Bauelementsatz des Resonators ein. Der Maximierungsverfahrensgang beginnt, wenn ein Abgleicheinleitungs-Signal vom Ausgang (^-Ausgang des Flip-Flop 63 abgegeben wird, um den Zitterspannungsgenerator 75 in Betrieb zu setzen. Der Zitterspannungsgenerator hat eine Ausgangsspannung relativ kleiner Amplitude bei geringer Frequenz einer Sinusspannung, die ihrerseits dem Gleichspannungssignal der Gleichspannungsquellen 66 und 67 überlagert wird. Auf diese Weise lassen sich die Plattformen 21 und 22 um sehr kleine Beträge, um die bei Anfachungseinleitung eingenommene Lage heben und senken.

Wird angenommen, daß der Schalter 79, der durch ein Relais oder dergleichen betätigt werden kann, zunächst den Zitterspannungsgenerator 75 mit der Gleichspannungsquelle 66 verbindet, dann wird der von dieser Gleichspannungsquelle 66 abgegebene Gleichspannungspegel, der vorher ja durch einen Momentanwert der Dreieckspannung des Generators 61 eingestellt worden ist, mit überlagerter Zitterspannung über die Schalterverbindung 70 auf den piezoelektrischen Wandler 25 übertragen, um die Plattform 21 entsprechend um ihre Ruhelage zu bewegen. Diese mechanische Bewegung variiert periodisch die Resonatorausrichtung derart, daß der Laser Impulse entsprechend variierenden Energieinhalts aussendet. Die Wirkung des Zitterspannungssignals auf die Resonatorbauelemente ist in der graphischen Darstellung nach Fig.6 näher gezeigt. Wird angenommen, daß die ursprüngliche Lage der Resonatorbauelemente auf der Plattform 21 von der Diodenlaserachse um einen Abstand »I« entsprechend einigen μπι entfernt liegen und unter der Voraussetzung, daß die Amplitude des Zitterspannungssignals in der Größenordnung von ±66 V liegt, so daß die mechanisehe Bewegung der Plattform 21 eine Größenordnung von ± 2 μπι einnimmt, dann wird die Frequenz des Zitterspannungssignal genügend klein gehalten, um einen genauen Abgleich in einfacher Weise zu erzielen. Dies hängt natürlich von der Folgefrequenz der dem Diodenlaser 2 zugeführten Injektionsstromimpulses ab. Sowie die Plattform 21 periodisch um ihre Ruhelage bewegt wird, variieren entsprechend die Ausgangsimpulse des Lasers in ihrem Energieinhalt, und zwar direkt als Funktion des Abstands der Resonatorbauelemente von der Diodenlaserachse.

In der graphischen Darstellung nach Fig.6 ist angedeutet, daß zunächst die Resonatorbauelemente oberhalb der Diodenlaserachse um einen Abstand / verschoben liegen. Entsprechend beginnen Impulszählungen im Hochzählschaltkreis 82 (F i g. 3) sowie sich die Plattform 21 auf die Diodenlaserachse zu bewegt. Kreuzt die Plattformbewegung die Diodenlaserachse, dann stellt sich eine maximale Amplitude der Impulse ein, so daß der Spitzenspannungsdetektor 81 den Hochzählschaltkreis 82 anhält, um den Niedrigzählschaltkreis 83 in Betrieb zu setzen, und die Impulse, sowie die Amplitude der angegebenen Laserimpulse absinkt, gezählt werden, bis ein Impuls mit minimaler Energie festgestellt wird oder gar die Impulsabgabe aufhört. Dies hinwiederum leitet den beschriebenen Vorgang in umgekehrter Richtung ein. Ein Vergleich der durch den Hochzählschaltkreis 82 und Niedrigzählschaltkreis 83 gezählten Impulse zeigt dabei den Abweichungsabstand in Abhängigkeit von der Anzahl der Zählimpulse an.

In der graphischen Darstellung nach Fig.6 ist vorausgesetzt, daß elf Impulse vom Photovervielfacher 28 vor Erreichen des Impulses maximaler Amplitude

festgestellt worden sind; wohingegen acht sich nach dem Impuls maximaler Amplitude ergeben. Unter dieser Voraussetzung würde der Hochzählschaltkreis 82 natürlich elf Impulse und der Niedrigzählschaltkreis 83 acht Impulse zählea Diese Zähiergebnisse werden dem Digitalanalog-Umsetzer 84 und dem Digitalanalog-Umsetzer 85 zugeführt, deren Ausgangssignale dann dem Differentialverstärker 86 zum Vergleich zugeführt werden, der seinerseits in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ein Fehlersignal εο abgibt. Das Fehlersignal Eo ist ein Gleichspannungspegel, der über die Verbindungsleitung 88 der Gleichspannungsquelle 66 zugeführt wird, um entsprechend den von der Gleichspannungsquelle 66 abgegebenen Gleichspannungspegel zu korrigieren und damit präzise die Resonatorbauelemente auf der Plattform 21 in bezug auf den P-N-Übergang des Diodenlasers 2 einzujustieren. Mit dem auf diese Weise korrigierten Gleichspannungspegel würde dann die nächste Bewegungsschwingung der Plattform jeweils gleiche Impulsanzahl um die nunmehr eingenommene Ruhelage ergeben. Gleichzeitig würde dann auch das Fehlersignal εο=Ο sein, womit angezeigt wird, daß die Resonatorbauelemente mit Bezug auf den P-N-Übergang des Diodenlasers 2 exakt eingestellt sind. Dieses O-Fehlersignal betätigt den Überkreuzungsdetektor 90 und den Nullzählschaltkreis 92, der dann über eine Relaisschahung den Schaltarm 79 von der Gleichspannungsquelle 66 auf die Gleichspannungsquelle 67 umlegt. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird anschließend in gleicher Weise betrieben, um nunmehr die eaxkte Lage der Plattform 22 zu ermitteln und einzustellen. Nachdem die Bauelemente des Resonators auf der Plattform 22 ebenfalls auf maximale Ausgangsleistung eingestellt sind, ist der Maximierungsgang abgeschlossen. Andererseits kann aber nochmal der Schaltarm 79 auf die Gleichspannungsquelle 67 umgelegt werden, um die exakte Lage der Plattform 21 zu überprüfen und gegebenenfalls weiterhin zu korrigieren, so daß dann erst der Maximierungsgang abgeschlossen ist.

Als nächstes wird durch den Nullzählschaltkreis 92 die Amplitude des durch den Zitterspannungsgenerator 75 abgegebenen Signals unter Zuhilfenahme des Zitterspannungsamplituden-Steuerkreises 74 reduziert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Zitterspannungssignal um ±15 V abgesenkt, was einer Höhenverschiebung der Plattformen 21 und 22 um ±0,5 μΐη entspricht Der Schaltarm 79 schaltet das Zitterspannungssignal periodisch zwischen den Gleichspannungsquellen 66 und 67 um, so daß eine entsprechende periodische Einwirkung auf die piezo-

elektrischen Wandler 25 und 27 für dauernde Überwachung und Abgleich des Ausgangslaserstrahlimpulses vorliegt Die Steuerschaltung nach F i g. 3 ist nunmehr als Regelkreis wirksam, so daß automatisch Korrekturen vorgenommen werden.

Sollte zu irgendeinem Zeitpunkt kein Lasersignal mehr auftreten, dann würde in diesem Falle der Impulsausfalldetektor 93 in Aktion treten, um eine Wiedereinleitung der der Anfachung des Laserstraitlungsimpulses zu starten. Andererseits würde dann auch die Zitterspannungsamplituden-Steuerung wiederum tätig, um eine Zitterspannungssignal, wie es bei Maximierungsausgang zur Anwendung kommt, bereitzustellen.

Die Laseranordnung nach Fig.7 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Lasersystem gemäß der Erfindung dar. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt der optische Resonator als ein plan-konkaver Hohlraum. Eine Seite des optischen Resonators enthält den ebenen Reflektor 40, eine lichtundurchlässige Platte oder Scheibe 41 mit einem Öffnungsbegrenzenden Schlitz und ein Linsensystem mit den Linsen 43 und 44, die hinsichtlich sphärischer Aberration korrigiert sind. Im Gegensatz zu F i g. 1 besteht die andere Seite des Resonanzhohlraums aus der einen ebenen Reflektor bildenden Seitenfläche 8 des Diodenlassrs, die keinen Überzug aufweist und ein Reflexionsvermögen von 0,3 besitzt In diesem Falls ist die Seitenfläche 7 des Diodenlasers mit einem Antireflexüberzug versehen. Diese den Linsensatz enthaltende Reflektor-Baueinheit wirkt ähnlich der einen Hälfte des optischen Resonators gemäß Fig. 1. Der durch den vom Photodetektor 48 hervorgerufenen Strom beaufschlagte Steuerstromkreis 60 läßt sich jedoch hier viel einfacher auslegen, um den piezoelektrischen Kristall 55 anzusteuern, da lediglich ein einzelner Resonatorbauteil mit Bezug auf die Diodenlaserachse eingestellt bzw. justiert werden muß. Auch hier wiederum wirkt der piezoelektrische Kristall 55 über eine Zwischenlage 54 auf die die optischen Bauteile 40, 41, 43, 44 tragende Plattform 51 ein. Für viele Anwendungszwecke liefert bereits das Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 durchaus brauchbare und zufriedenstellende Ergebnisse.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Geregelte Laseranordnung mit einem das aktive Medium enthaltenden, mit Fokussierungsmitteln ausgestatteten optischen Resonator und mit einer Regeleinrichtung, die sowohl mit einem aus einem ausgekoppelten Anteil des Laserstrahls abgeleiteten Signal als Regelgröße beaufschlagbar ist als auch zur Abgabe eines Signals als Stellgröße auf mindestens einen als piezoelektrischen Wandler ausgebildeten Stellantrieb eingerichtet ist, so daß Fokussierungsmittel und aktives Lasermedium in Abhängigkeit von der Stellgrößen-Signalamplitude relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterdiode (2), die in an sich bekannter Weise mit ihrer als aktives Lasermedium dienenden PN-Übergangsfläche (4) sowohl parallel zur Resonatorachse ausgerichtet ist als auch im Brennpunkt der Fokussierungsmittel (13, 14, 18,19) liegt, unter Regelung durch den senkrecht zur Resonatorachse zur Einwirkung gebrachten Stellantrieb (25, 27) unabhängig von äußeren Einrichtungen in optimaler Betriebslage gehalten bleibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei fester Anbringung der Halbleiterdiode (2) der erste piezoelektrische Wandler (25) auf eine sich parallel zum Laserstrahl erstreckende, senkrecht hierzu verschiebbare erste Plattform (21) einwirkt, die ihrerseits, senkrecht hierzu ausgerichtet, sowohl erste Fokussierungsmittel (13, 14) als auch im Abstand hiervon einen ersten ebenen Reflektor (10) des optischen Resonators trägt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fokussierungsmittel (13,14) aus einer zwei Hauptebenen (Hu H2) aufweisenden Linsenfolge besteht, wovon ein Brennpunkt in der Ebene des ersten ebenen Reflektors (10) des optischen Resonators liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Laserausgangsstrahl zum Ausblenden einer TEM-WeIIe eine Lochblende (12) zwischen dem ersten ebenen Reflektor (10) des optischen Resonators und der ersten Linsenfolge (13,14) benachbart zum ersten ebenen Reflektor(lO) des optischen Resonators angebracht ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator einen auf einer zweiten Plattform (22) neben einer zweiten Linsenfolge (18, 19) und einer zweiten Lochblende (17) angebrachten zweiten ebenen Reflektor (15) aufweist und auf die zweite Plattform ein zweiter piezoelektrischer Wandler (27) einwirkt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Erregung der piezoelektrischen Wandler (25, 27) je ein Wechselspannungsgenerator (61, 62) als Ausrichtungsmittel vorgesehen ist, der unter gleichzeitiger Abschaltung bei Ansprechen des fotoelektrischen Abfühlmittels (28) eine elektrische Gleichspannungsquelle (66, 67) wirksam werden läßt, deren abgegebene Spannung dem Augenblickswert der vom jeweiligen Wechselspannungsgenerator abgegebenen Wechselspannung bei Ansprechen des fotoelektrischen Abfühlmittels (28) entspricht;
daß fernerhin gleichzeitig bei Ansprechen des fotoelektrischcn Abfühlmittels (28) ein Zilterspannungsgenerator (75) während eines gleichzeitig vorliegenden Fehlersignals (ε₀) durch Vergleich des maximalen mit dem minimalen Amplitudenwert der vom fotoelektrischen Abfühlmittel (28) abgegebenen Impulse zur Korrektur der Gleichspannungserregung der piezoelektrischen Wandler (25, 27) ableitbar ist; und

daß ein Nulldurchgangsdetektor (90) als weiterer Teil der Regeleinrichtung wirksam ist, um bei Nulldurchgang der Fehlersignalampliiude eine Umschaltung der Vergleichereinrichtung (82 bis 86) sowie des jeweiligen Zitterspannungsgenerators von der der einen Gleichspannungsquelle zugeordneten Plattform zu der der anderen Gleichspannungsquelle zugeordneten Plattform und umgekehrt bzw. die Ausschaltung auszulösen (F i g. 3).

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine b'stabile Kippschaltung (63) über ihren Rücksetzeingang (R) mit dem photoelektrischen Abfühlmittel (28) gekoppelt ist, deren Setzeingang (S) zur Einschaltung des Lasers dient, deren Setzausgang ((?,}jeweils mit dem Einschalteingang der Wechselspannungsgeneratoren (61, 62) verbunden ist und deren Rücksetzausgang (Q) am Einschalteingang des Zitterspannungsgenerators (75) liegt (F ig. 3).

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste piezoelektrische Wandler (25) mit einer Sägezahnspannung und der zweite piezoelektrische Wandler (27) mit einer Sinusspannung höherer Frequenz erregbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß im Ansprechen auf einen Impuls des photoelektrischen Abfühlmittels (28) sowohl ein Spitzenwert· detektor (81) als auch ein erster Impulszähler (82), der bei Erreichen des Spitzenwerts der photoelektrischen Impulse abschaltbar ist, und ein zweiter Impulszähler (83), der bei Erreichen des Spitzenwertes einschaltbar ist, wirksam werden,
daß die Ergebnisausgänge beider Zähler (82, 83) über je einen Digitalanalogwandler (84, 85) mit einem Eingang eines Differentialverstärkers (86) als Vergleicher verbunden sind, dessen Ausgang als Fehlersignal (ε₀) einmal zur Abschaltung des Zitterspannungsgenerators (75) dient und zum anderen mit dem Nulldurchgangsdetektor (90) verbunden ist, dessen Ausgang seinerseits an einer Steuerschaltung (92, 74) zur Regelung der Zitterspannungsamplitude liegt, und zum anderen an einem Impulsausfalldetektor (93) angeschlossen ist, der mit dem Setzeingang (S) der bistabilen Kippschaltung (63) verbunden ist (F i g. 3).

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter einem zu 99% undurchlässigen Spiegel (10) ein Photovervielfacher (28) als photoelektrisches Abfühlmittel angeordnet ist, dessen Ausgang über einen Impulszähler (65) den Rücksetzeingang (R) der bistabilen Kippschaltung (63) ansteuert.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrische Wandler piezoelektrische Keramikbauelemente (25, 27) dienen, deren Erregerwechselspannung in der Größenordnung von 10²V bei einer Amplitude der Zitterspannung in der Größenordnung von 10' V liegen.

12. Anordnung nach Anspruch 9. gekennzeichnet

durch einen Spitzenspannungsdetektor (81), dessen Eingang (96) sowohl ein erstes Integrierglied (Ru C\) aufweist und mit einem ersten Vergleichereingang verbunden ist, a's auch über eine für die Eingangsspannung bis zum Erreichen ihres Maximums in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diooe (D\) an einem zweiten Integrierglied (R₂, C₂) liegt, dessen Ausgang an einem zweiten Vergleichereingang liegt (F ig. 4).