DE2417411A1

DE2417411A1 - Messeinrichtung zur bestimmung der ausgangswellenlaenge von lasern

Info

Publication number: DE2417411A1
Application number: DE2417411A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Herrmann; Christian Dipl Phys Werner
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1975-10-30

Description

Meßeinrichtung zur Bestimmung der Ausgangswellenlänge von Lasern.
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Ausgangswellenlänge eines Lasers mit Hilfe der an sich bekannten Energiemessung. Für die Anwendung von Lasern in der Umweltmeßtechnik, z.B.
bei Laser-Radar (Lidar)-Meßverfahren, wird in zunehmendem Maße von der Durchstimmbarkeit verschiedener Laser Gebrauch gemacht. So wird bei Benutzung der Differential Absorption Method" (Schotland,R.M., 1965: Study of active probing of water vapor profiles. New York Univ., Geophys.Science-Lab. Report No. 65-6) auf und neben einer Absorptionslinie eines Gases gemessen. Die Wellenlängenunterschiede der beiden Laser sind im Bereich von 0,5 und 2 Bei Benutzung der Lidar-Raman-Methode (Melfi, S.H.,1972: Remote measurements of the atmosphere using Raman scattering. Appl.Optics 11, 1972, S.1605-1610) werden beim Empfänger sehr schmalbandige Interferenz filter zur Rauschunterdrückung benutzt. Ändert sich die tusgangswellenlänge des Lasers nur um 1 A, was bei Benutzung des Rubin-Lasers leicht möglich ist, so kann die angemessene Raman-Linie auch um diesen Betrag verschoben sein. Dies kann je nach Lage des Filters mehr oder weniger Signal bei gleicher Ausgangsenergie bedeuten.
Eine Kontrolle der Ausgangswellenlänge des Lasers ist demnach bei diesen Verfahren notwendig. Diese Kontrolle wurde bisher unter Zuhilfenahme eines Spektographen durchgeführt, was bei einer geforderten Genauigkeit von 0,1 R relativ aufwendig ist Diese Kontrolle wurde außerdem nur stichprobenartig durchgeführt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die demgegenüber relativ billig, klein in der Dimensionierung und trotzdem genau ist. Die Lösung dieser Aufgahe ist im Patentanspruch gekennzeichnet.
Das Prinzip der Erfindung beruht auf der Energiemessung unter Hinzufügung eines bekannten, wellenlängenabhängigen Transmissionsgliedes; Abb.l zeigt hierfür die Skizze.
Der Laser L hat die Ausgangsenergie Eo. Ein Teil davon wird über die Strahlteiler 1 und 2 zu den Energiemonitoren M1 und M2 geführt.
Fügt man zum Energiemonitor M2 noch ein schmalbandiges Filter 3 hinzu, dessen Transmission im interessierenden Wellenlängenbereich ,r = a t ist, so erhält man für das Verhältnis der von den Monitoren M1 und M2 gemessenen Energie E1 und E2 der Teilstrahlen: E2 = Sonst.
E1 Durch eine geeignete Wahl der Signalverarbeitung ist es dann möglich, direkt die Wellenlänge anzugeben.
Abb.2 zeigt die Transmissionskurve eines Schmalbandfilters ( t= 1.2 A) für den Bereich des Rubinlasers.
Durch Temperaturvariation des Rubinstabes läßt sich bekanntlich die Ausgangswellenlänge des Rubinlasers verändern.
Die Temperatur wurde im Wasser hinter dem Rubinstab gemessen, was wegen der guten Wärmeleitfähigkeit des Rubins sicher realistisch ist. Welche Temperatur der Rubinstab bei der Emission eines Laserpulses wirklich hatte, ist damit aber nur anzunähern.
Durch Neigung oder durch Temperaturänderung des Filters kann die Transmissionskurve in einem gewissen Wellenlängenbereich verschoben werden.
Als Richtwert kann angegeben werden, daß mit einem Filter von ca. 1 Å Halbwertsbreite die Wellenlänge mit einer Genauigkeit von 0,05 - 0,1 Å bestimmt werden kann. Durch Temperaturänderung oder Neigung des Filters kann insgesamt in einem Bereich von etwa 5 Å gemessen werden.
Eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist in Abb.3 skizziert und sei wie folgt näher beschrieben: Über den Strahlteiler 1 werden etwa 7 % der Strahlungsleistung E des Lasers abgezweigt.Vor Auftreffen auf 0 einem zweiten Strahlteiler 2 erfolgt eine weitere Schwächung durch ein Neutralglasfilter und ein Breitbandfilter mit der Halbwertsbreite von 13 nm und der maximalen Transmission in Nähe der Laserlinie. Die beiden Teilstrahlen hinter dem Strahlteiler 2 werden durch Sammellinsen 4 auf Fotodioden 5 geführt, wobei der Strahlengang eines der Teilstrahlen noch das Schmalbandfilter 3 als wellenlängenabhängiges Transmissionsglied enthält. So gelangt auf die beiden Fotodioden 5 jeweils die Strahlungsenergie E1 und E2, die gemessen wird. Aus den Meßwerten E1 und E2 wird nach Quotientenbildung die Wellenlänge gemäß der vorangehend angegebenen Gleichung ermittelt. 01ikrometerschraube 6 und Thermostat 7 dienen zur Festlegung des Arbeitspunktes im Bereich der linearen Transmission des Schmalbandfilters 3.

Claims

P a t en t a n s p r u c h .

Meßeinrichtung zur Bestimmung der Ausgangswellenlänge eines Lasers mit Hilfe der an sich bekannten Energiemessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl Eo auf einen Strahlteiler (1) geführt wird, der einige Prozent der Energie des Laserstrahls auf einen zweiten Strahlteiler (2) spiegelt, daß die Energie (E1) des einen der Teilstrahlen hinter dem zweiten Strahlteiler (2) mittels eines Monitors (M1) gemessen wird, daß ein Schmalbandfilter (3) als wellenlängenabhängiges Transmissionsglied vor einem zweiten Energiemonitor (M2) in den Strahlengang des zweiten Teilstrahles, hinter dem zweiten Strahlteiler (2) eingesetzt wird, und daß durch eine geeignete Elektronik die Wellenlänge aus dem-Quotienten (E1/E2) der von den beiden Energiemonitoren (M1 und M2) gemessenen Energien (E1 und E2) direkt angezeigt wird.

L e e r s e i t e