DE2610652C3

DE2610652C3 - Gutegeschalteter Impulslaser

Info

Publication number: DE2610652C3
Application number: DE19762610652
Authority: DE
Inventors: Juergen 7800 Freiburg Hagelweide; Konrad Kleinschnitger; Harald Ruch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1976-03-13
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2610652B2; DE2610652A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen gütegeschalteten Impulslaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus »Laser Handbook«, Band 2,1972, North-Holland Publishing Company, Amsterdam, Seiten 1554 bis 1559 ist ein derartiger Laser bereits bekannt. Dieser kann jedoch nur Lichtblitzfolgen mit Pulsbreiten von 50 ns bis ns erzeugen.

In der DE-OS 19 39 607 und der US-PS 36 73 504 sind gütegeschaltete Impulslaser beschrieben, die für die Hochgeschwindigkeitsphotographie nicht verwendbar sind, weil sie zwar Einzelimpulse mit sehr hoher Energie aber keine Lichtblitzfolgen mit großer Impulsfolgefrequenzerzeugen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gütegeschalteten Impulslaser zur Erzeugung von Lichtblitzfol· gen für die Hochgeschwindigkeitsphotographie zu schaffen, der Lichtblitzfolgen mit einer Impulsfolgefrequenz im Bereich einiger Nanosekunden erzeugen kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst Weitere Ausgestallungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung iim folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den schematischen Aufbau des Impulslasers,

F i g. 2 den schematischen Aufbau der Steuerelektronik,

F i g. 3 die Ausbildung eines einzelnen Lichtblitzes,

Fig.4 ein Blockschaltbild des Hochleistungs-Hochspannungs-lmpulsgenerators.

In F i g. 1 stellt 7 den Resonator dar, der aus den Resonatorspiegeln 1 und 5 besteht 2 den Laserkristall,

11 die Pumplampe, 3 das Polarisationselement, 4 die elektrooptische Schalterzelle und 6 die Steuerelektronik. Die Lichtaustrittsrichtung ist durch einen Pfeil markiert.

Die elektrooptische Schalterzelle 4, vorzugsweise eine Pockelszelle, zeichnet sich dadurch aus, daß beim Anlegen einer Spannung an diese die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes um einen bestimmten Betrag gedreht wird. Durch diesen Effekt wird der Resonator 7 in seiner Güte variabel. Die im Laserkristall 2 gespeicherte Energie, die durch die Pumplampe 11 zugeführt wird, kann durch Verändern der Resonatorgüte ganz oder teilweise abgerufen werden; sie verläßt den Resonator in Form von Lichtblitzen. Die Pumplampe führt dem Laserkristall kontinuierlich Energie zu. Die Inversionsdichte zu Beginn der Lichtblitzserie wird in den Bereich der Schwellbesetzung gelegt. Entscheidend für das Abrufen bestimmter Lichtblitzfolgen sind der Energiezustand im Laserkristall zu Beginn der Lichtblitzfolge und die Zeit in der der Resonator eine hohe Güte besitzt. Die elektrooptische Schalterzelle 4 wird von einem Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator 10 über eine Steuerelektronik 6 gesteuert, die es ermöglicht, die jeweils erforderlichen Pulsbreiten, Pulsabstände und den Einsatzpunkt in Bezug auf den Energiezustand im Laserkristall 2 einzustellen.

Nach Fig.2 wird durch einen externen Startimpuls

12 über ein zweikanaliges Verzögerungsgerät 9 mit dem einen Kanal das Pumpnetzteil 8 für den Laserkristall 2 gestartet und nach Erreichen der erforderlichen Inversionsdichte im Laserkristall 2 durch den zweiten Kanal der Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator 10 gestartet, der mit Hilfe der elektrooptischen Schalterzelle die Güte des Resonators im gewünschten Rhythmus verändert, so daß eine Folge von Lichtblitzen den Resonator verlassen. In Fig.2 stellt 13 den Resonator aus F i g. 1 und 11 die Pumplampe dar.

F i g. 3 zeigt die Ausbildung eines einzelnen Lichtblitzes mit der Dauer h, die durch die Bemessung der Öffnungszeit ii des Resonators 7 bestimmt ist. Wenn die Inversionsdichte im Laserkristall sehr hoch ist, muß die Öffnungszeit fi des Resonators entsprechend kurz bemessen werden. Die Lichtblitze bilden sich nicht sofort nachdem der Resonator auf hohe Güte geschaltet ist, sondern es vergeht eine Zeit h bis zu 200 ns, die vom Aufbau des verwendeten Resonators (z. B. seiner Länge) und der Inversionsdichte im Laserkristall abhängt, bis der Lichtblitz sich aufbaut Diese Zeit muß

in der Pulsbreite ίι des elektrischen Signals, das an die elektrooptische Schalterzelle 4 gelegt wird, mitberücksichtigt werden; sie ist eine Systemkonstante, die nur durch einen extrem kurzen Resonator und einen hohen Reflexionsfaktor der Endspiegel kleinguhalten werden kann.

Der Hochleistungs-Hochspannumjs-Impulsgenerator 10 besteht nach Fig.4 aus einem dreistufigen Transistorverstärker 21, der mit Hochleistungs-Sendetransistoren bestückt ist, dem ein zweistufiger Röhrenverstärker 22 nachgeschaltet ist. Weiterhin ist eine Schaltung 23 (Pretriggerbaugruppe) vorgesehen, die für ein definiertes Aktivieren der Verstärkergruppe vor Einsatz der Pulsserie sorgt und sie anschließend definiert in den »Stand-by«-Zustand zurückversetzt um die Tremperaturbelastung des Röhrenverstärkers 22 und die Strombelastung der Netzteile 25, 26,27 auf ein Minimum zu reduzieren. Eine maximale Aktivierungszeit des Röhrenverstärkers im Bereich von 2,5 ms reicht im allgemeinen aus. Der Pulsgenerator 28a wird vom zweiten Kanal des Verzögerungsgerätes 9 gestartet und liefert die Pretriggerpui'se für die Aktivierungszeit des Röhrenverstärkers 22. Mit dem Pulsgenerator 28a ist der Pulsgenerator 28b verbunden, der die Triggerpulse für den Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator liefert, welcher am Ausgang 24 ein Rechtecksigna] mit variablen Ausgangsamplituden im Bereich von 300 bis 4000 V, kurze Anstiegs- und Abfallzeiten im Bereich von Nanosekunden, variable Pulsbreite und variablen Pulsabstand liefert

Durch die Erfindung können Lichtblitzfolgen beliebiger Frequenez erzeugt werden, die zur Kurzzeitphotographie mit Drehspiegelkameras ohne Bildtrennung verwendet werden. Wegen der geringen Durchlaufverzögerungszeit durch die gesamte elektrooptische Einheit ist zusätzlich eine Synchronisation der Lichtblitze mit Drehspiegelkameras mit Bildtrennung möglich. Der Einsatzpunkt jedes Lichtblitzes kann hierbei in den optisch günstigsten Bereich der Drehspiegelkamera gelegt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gütegeschalteter Impulslaser zur Erzeugung von Lichtblitzfolgen für die Hochgeschwindigkeitsphotographie, bestehend aus einem laseraktiven Medium, einer Pumplampe, einem Resonator mit Resonatorspiegeln, einem Polarisator, einer elektrooptischen Schalterzelle, einem damit verbundenen Hochspannungsgenerator zur Betätigung der elektrooptischen Schalterzelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator (10) vorgesehen ist, der aus einem Transistorverstärker (21), einem Röhrenverstärker (22) und einer Schaltung (23) besteht, die den Arbeitspunkt des Röhrenverstärkers (22) derart '5 verschiebt, daß vor Einsatz der Lichtblitzfolgen die durch Ruheströme bedingte Verlustleistung des Röhrenverstärkers (22) nahezu Null ist, daß der Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator (10) Rechteckimpulse mit kurzer Anstiegs- und Abfallzeit im Bereich von Nanosekunden, eine variable Ausgangsamplitude, variable Pulsbreite und variablen Pulsabstand zu erzeugen gestattet und daß ein zweikanaliges Verzögerungsgerät (9) vorgesehen ist, das durch einen externen Impuls startbar ist. dessen einer Kanal das Pumpnetzgerät (8) für das laseraktive Medium startet und nach Erreichen der erforderlichen Inversionsdichte in diesem Medium durch den zweiten Kanal den Hochleistungs-Hochspannungsimpulsgenerator (10) startet, der die elektrooptische Schalterzelle (4) im Rhythmus und bis in Dauer der gewünschten Lichtblitzfolge mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt.

2. Impulslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verstärkerstufen des Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerators (10) zur Übertragung von Rechteckimpulsen großer Leistung ohmsch oder kapazitiv gekoppelt sind.

3. Impulslaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile des Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerators (10) ieistungsmäßig nur für Kurzbetrieb ausgelegt sind.

4. Impulslaser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumplampe (11) dem Laserkristall (2) während der ganzen Lichtblitzserie kontinuierlich Energie zuführt.

5. Impulslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufverzögerungszeit vom Eingang eines elektrischen Impulses in den Hochleistungs-Hochspannungs-Pulsgenerator bis zum Austritt des Lichtimpulses aus dem Resonator im Bereich einiger Nanosekunden liegt.