DE3201620A1 - Verfahren und einrichtung zum stabilisieren der laserausgangsimpulse eines guetegeschalteten lasers - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum stabilisieren der laserausgangsimpulse eines guetegeschalteten lasers

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DE3201620A1 DE19823201620 DE3201620A DE3201620A1 DE 3201620 A1 DE3201620 A1 DE 3201620A1 DE 19823201620 DE19823201620 DE 19823201620 DE 3201620 A DE3201620 A DE 3201620A DE 3201620 A1 DE3201620 A1 DE 3201620A1
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Description

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254 895
Die Erfindung bezieht sich auf gütegeschaltete Laser und insbesondere auf einen gütegeschalteten Laser mit einer Ausgangsleistung hoher Stabilität.
Bei bekannten Lasern mit Güteschalter trägt der Unterschied zwischen der Modulation des Laserstrahls durch unterschiedliche abklingende HF-Signale zu der Instabilität eines bestimmten Teils der Laserausgangsleistung bei, und der Betrag dieser Instabilistät hängt von der Steuerfolgefrequenz abo Instabilität wird auch von unterschiedlicher Eingangsleistung, von der Resonatorausrichtung und sonstigen Faktoren hervorgerufen, die die Anstiegszeit des Laserimpulses modulieren.
Dia Erfindung ist el It i in Prinzip einen gütcyeschalteten Laser hoher Stabilität dar, die auf das Synchronisieren der Lasersteuerimpulse mit der Phase des HF-Signals zurückzuführen ist.
Das wesentliche Ziel der Erfindung wird durch dieses Grundkonzept erreicht, nämlich die Instabilität der Laserausgangslestung zu beseitigen, die bekannten gütegeschalteten Lasern eigen ist.
Weiter bezweckt die Erfindung die Entwicklung gütegeschalteter Laser der angegebenen Art, wobei eine reproduzierbare Ausgangsleistung erzielt wird, wenn die Steuerfolgefrequenz verändert wird, um gütegeschaltete Laserausgangsimpulse unterschiedlicher Frequenz zu erzielen.
895
Schließlich soll die Erfindung ein Verfahren zeigen, nach welchem die Ausgangsleistung gütegeschalteter Laser hohe Stabilität erreichen kann.
Die angegebenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden neben weiteren Einzelheiten anhand der zugehörigen Zeichnungen in dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erlüüterto ■
Pig» 1 ist ein elektrisches Blockschaltbild, an dem das Verfahren und die Mittel zum Herstellen eines gütegeschalteten Lasers mit einer Ausgangsleistung hoher Stabilität nach der Lehre der Erfindung gezeigt werden;
Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung eine Folge von elektrischen Wellenformen elektrischer Signale und Laser-Ausgangsgrößen zur Erläuterung der Arbeitsweise eines üblichen, akustooptisch gesteuerten Lasers mit Güteschalter;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung einer Mehrzahl von elektrischen Wellenformen mit einer Wellenform nach Fig. 2 bei gedehnter Zeitskala und zeigt die Art und Weise, in der die erfindungsgemäße Synchronisierung vorgenommen wird;
Fig. 4 ist ein schematisch gehaltener Ausschnitt aus einem gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 abgeänderten Blockschaltbild für ein abgewandeltes Verfahren und die Mittel zur Herbeiführung hoher Stabilität der Ausgangsleistung eines gütegeschalteten Lasers nach der Lehre der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt zur Erläuterung des Aufbaus eines üblichen akustooptischen gütegeschalteten Lasers in schematischer Darstellung. Danach ist ein länglicher kd-YAG-Stab 10 in einem Wärmeaustauscher 12 angeordnet, durch den mit Hilfe einer Pumpe 14 und der Verbindungsleitungcn 16 und 18 eine Kühlflüssigkeit getrieben wird. Ein zweiter Wärmeaustauscher 2O umgibt einen Teil der aufwärts führenden Leitung 18 und kühlt die darin fließende Flüssigkeit, bevor sie in den Wärmeaustauscher 12 zurückkehrt. Der zweite Wärmeaustauscher 20 wird üblicherweise mit Leitungswasser gekühlt.
Die Enden des Laserstabes 10 sind so angeordnet, daß die Längsachse des Stabes sich unbehindert zwischen Spiegeln und 24 erstreckt, die sich entfernt von den einander abgewandten Enden des Stabes befinden.
Der Laser besitzt außerdem eine kontinuierlich gepumpte Lichtquelle,· Für den gezeichneten Nd-YAG-Stab ist als Lichtquelle eine Krypton-Entladungslampe 26 vorgesehen, die an einer Gleichstromquelle 28 liegt.
Ein akustooptischer Güteschalter 30 liegt zwischen dem Spiegel 24 und dem ihm gegenüberstehenden Ende des Stabes 10. Der Güteschalter wird mit Hilfe von Steuerimpulsen P in einer vorbestimmten Folgefrequenz gesteuert; die Steuerimpulse werden von einem Folgefrequenz-Oszillator. 32 erzeugt und auf ein Folgefrequenz-Tor 34 gegeben, das ein Torsignal G von einer Torsignalquelle 36 empfängt. Die Steuerimpulse P werden normalerweise einem Hochfrequenztor 38 zugeführt, das ein HF-Signal von einem HF-Oszillator 40 empfängt. Die Steuerimpulse P unterbrechen das HF-Signal, das ζ u einem Verstärker 42 und von dort zu dem Güteschalter 30 läuft. Während dieser Unterbrechungszeit wird der Laserausgangsimpuls aufgebaut und von dem Laser abgegebene
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■J ·»
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Gemäß dor Erfindung wird die Laserausgangsleistung aus dem gütegeschalteten Laser besonders gut stabilisiert, indem das Steuersignal des Güteschalters und die Phase des den Güteschalter treibenden HF-Signals elektrisch synchronisiert werden. Durch Verriegeln des Torsignals mit irgendeiner bestimmten Phase des HF-Signals werden stabilere Güteschalterausgangsimpulse erzeugt, weil die abklingende Hüllkurve des HF-Signals, wenn dieses von dem Steuersignal abgeschaltet wird, den Beginn der Laserleistung moduliert, wenn diese sich in dem Laserresonator aufbaut. Der Unterschied zwischen der Modulation des Laserstrahls durch unterschiedliches Abklingen von HF-Signalen trägt zu einem Teil zu der Instabilität der Laserausgangsgröße bei. Wird das Steuersignal an einer willkürlichen Stelle an dem HF-Signal mit beliebiger festliegender Phase verriegelt, so wird erreicht, daß die aufeinanderfolgenden abklingenden HF-Hüllkurven gleichartig sind und zu gleichmäßiger Modulation der Laserausgangsimpulse führt.
Nach Fig. 1 der Zeichnung erfolgt die Synchronisierung des Güteschalter-Steuersignals mit der Phase des HF-Signals durch Einschalten einer Synchronisiereinrichtung 4 4 zwischen das Folgefrequenztor 34 und das HF-Tor 38; die Synchronisiereinrichtung 44 führt den Ausgang des Folgefrequenztors 34 mit dem HF-Oszillator 40 funktionsmäßig zusammen, um die Lasersteuerimpulse mit der Phase der HF-Signale zu synchronisieren.
Die Synchronisiereinrichtung 44 kann insbesondere aus einem D-Flipflop-IC 7474 bestehen» Die Ausgangsimpulse P des Folgefrequenztors 34 werden auf den D-Eingang des Flipflops 44 gegeben; der HF-Ausgang des Oszillators 40 wird an den Takteingang des Flipflops gelegt, und der Ausgang des Flipflops wird an den Eingang des HF-Tors 38 gelegt.
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2 54 By 5
In Fig. 3 ist einer der Impulse P der Deutlichkeit halbrr über einer gedehnten Zeitskala in Verbindung mit einem Sinuswellenausgang aus dem HF-Oszillator gezeichnet. Natürlich kann der HF-Oszillator einen Rechtecknuygang oder eine andere Art periodischer Wellenform haben. In jedem Falle wird dieser Oszillatorausgang an den Takteingang des Flipflops geführt, wodurch dieser die Impulse P so taktet oder synchronisiert,, daß die Vorderflanke und die Hinterflanke der Impulse P1 immer an einer bestimmten Stelle der ge ze i ehr: e ten Sinuswelle auftreten.
Wenn die hintere Flanke dey Impulses P nicht mit dem willkürlichen Phasensynchronisierungspunkt 46 auf der Sinuswelle ausgerichtet ist, erzeugt das nächste Taktsignal die hintere Flanke des Impulses P1. Die Länge der Impulse P und P1 kann also im Vergleich zueinander gleich, kürzer oder langer sein.
Wichtig ist aber die Synchronisierung der Vorderflanke des Impulses P, weil die Vorderflanke mit dem Laserausgangsimpuls L verknüpft ist.
Die oben beschriebene Synchronisierungseinrichtung hat den Vorteil, daß, wenn die Π1 euorfolyr:frcjuenz variiert wird, um gütegeschaltete Laserausgangsimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen, eine reproduzierbare Ausgangsgröße erreicht. wirdo Das liegt daran, daß die Ausgangsimpulse bei unterschiedlicher Frequenz unterschiedliche Zeit für ihren Aufbau und für den Austritt aus dem Laser erfordern. Obwohl die Laserimpulse für unterschiedliche Folgefrequenz von unterschiedlichen Teilen der Hüllkurve der abklingenden Hochfrequenz moduliert werden, werden somit aufeinanderfolgende Impulse bei jeder Folgefre^uenz von gleichen Teilen der Hüllkurve der abklingenden Hochfrequenz moduliert.
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Wenn keine Synchronisierung angewandt wird, hängt das Ausmaß der Instabilität von der Frequenz ab. Entsprechend wird unterschiedliche Instabilität durch sich ändernde Eingangsleistung, Resonaturausrichtung oder sonstige Einflüsse hervorgerufen, die die Aufbauzeit des Laserimpulses modulieren C
Bei der in Fig. 4 gezeichneten Ausführung wird die Synchronisierung der Lasersteuerimpul.se mit der Phase des HF-Signals dadurch erreicht, daß ein HF-Oszillator 40' von einer Ableitung des Steuersignals P synchronisiert wird. Nach der Zeichnung wird das dadurch erreicht, daß ein HF-Oszillator von den Ausgangssignalen des Folgefrequenzoszillators 32 gesteuert wird. Auf diese Weise wird das HF-Signal mit der Phase der Lasersteuerimpulse P synchronisiert. Diese Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn die Lasersteuerimpulse mit fester Frequenz aufeinanderfolgen.
Die Verfahren und Schaltungen sind vorstehend im Zusammenhang mit einem akustooptisch gütegeschalteten Laser beschrieben worden, die Erfindung läßt sich aber auch bei elektrooptisch gütegeschalteten Lasern anwenden, die zur HF-Anregung modifiziert sind.
Art, Zahl und Anordnung der obenbeschriebenen Teile können natürlich im Rahmen fachmännischen Handelns verändert werden, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung überschritten würde.
Ende der Beschreibung,

Claims (1)

  1. Verfahren und Einrichtung zum Stabilisieren der Laserausgangsimpulse eines gütegeschalteten Lasers
    Patentansprüche ;
    Verfahren zum Stabilisieren der Laserausgangsimpulse eines gütegeschalteten Lasers mit einer Quelle für Laser-Steuerimpulse und einer Quelle für HF-Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasersteuerimpulse und die Phase der HF-Signale synchronisiert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierung vorgenommen wird, indem die Lasersteuerimpulse mit der Phase der HF-Signale synchronisiert werden.
    89b
    3. Verfahren nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Signale mit der Phase der Laser-Steuerimpulse synchronisiert werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierung dadurch herbeigeführt wird, daß die Laser-Steuerimpulse auf den Eingang eines Flipflops (44), die HF-Signale auf den Takteingang des Flipflops (44) und der Ausgang des Flipflops (44) auf den Eingang eines HF-Tors (38) gegeben werden, dessen Ausgang an den Güteschalter (30) geführt wird.
    5ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem gütegeschalteten Laser um einen akustooptisch gütegeschalteten Laser handelt, bei dem der Ausgang eines Folgefrequenzoszillators (32) an ein Folgefrequenztor (34) gelegt ist und der Ausgang eines HF-Oszillators (40) an ein HF-Tor (38) gelegt ist, dessen Ausgang an dem Güteschalter (30) liegt, und daß die Synchronisierung erfolgt, indem der Ausgang des Folgefrequenztors (34) an den D-Eingang eines D-Flipflops (44) und der Ausgang des Flipflops (44) an den Eingang des HF-Tors (38) gelegt ist.
    6, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierung erfolgt, indem eine Ableitung der Lasersteuerimpulse an den Eingang der HF-Signal-Quelle (401) geführt wird.
    7ο Einrichtung zum Stabilisieren der Laserausgangsimpulse bei einem gütegeschalteten Laser mit einer Quelle für
    21)4 895
    Läserstouerimpulse und einer HF-Signal-Quelle, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Quelle für Lasersteuerimpulse mit der HF-Signal-Quelle funktionsmäßig verbindet, um die Lasersteuerimpulse und die Phase der HF-Signale zu synchronisieren,,
    8. Einrichtung zum Stabilisieren, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daßdie Quelle für Lasi>rsteueriinpulse einen Folgefrequenzoszillator (32) aufweist, und daß die Verbindungseinrichtung den Ausgang des Folgefrequenzoszillators (32) mit der HF-Signalquelle (40*) verbindet, um die HF-Signale mit der Phase der Lasersteuerimpulse zu synchronisieren.
    9. Einrichtung zum Stabilisieren, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung eine Synchronisierungseinrichtung (44) aufweist, die funktionsmäßig den Ausgang der Quelle für Lasersteuerimpulse mit dem Ausgang der HF-Signalquelle verbindet, um die Lasersteuerimpulse mit der Phase der HF-Signale zu synchronisieren.
    1Oo Einrichtung zum Stabilisieren, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierungseinrichtung (44) einen Flipflop aufweist, dessen Eingang mit dom Ausgang der Lasersteuerimpulsquelle (34) verbunden ist, di.-süen Takteingang mit dem Ausgang der HF-Signalquelle (40) verbunden ist und dessen Ausgang mit dem Eingang eines HF-Tors (38) verbunden ist.
    11. Einrichtung zum Stabilisieren, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem gütegeschalteten Laser um einen akustooptisch gütegeschalteten Laser handelt,.
    ο _
    895
    bei dem der Ausgang eines Folgefrequenzoszillators (32) an ein Folgefrequenztor (34) und der Augang eines HF-Oszillators (40) an ein HF-Tor (38) geführt ist, dessen Ausgang an dem Güteschalter (30) liegt, und daß die Synchronisiereinrichtung (44) einen D-Flipflop-IC aufweist, bei dem der D-Eingang mit dem Ausgang des Folgefrequenztors (34) ein Takteingang mit einem Ausgang des HF-Oszillators (30) und ein Ausgang mit dem HF-Tor (38) verbunden ist„
    12. Einrichtung zum Stabilisieren, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß es sich bei dem gütegeschalteten Laser um einen akustooptisch gütegeschalteten Laser handelt, bei dem der Ausgang eines Folgefrequenz-Oszillators (32) mit einem Folgefrequenztor (34) und der Ausgang eines HF-Oszillators (40) mit einem HF-Tor (38) verbunden ist, dessen Ausgang an dem Güteschalter (30) liegt, und daß die Synchronisiereinrichtung (44) eine Einrichtung aufweist, die den Ausgang des Folgefrequenzoszillators (32) mit dem HF-Oszillator (401) verbindet, um die HF-Signale mit der Phase der Lasersteuerimpulse zu synchronisieren.
DE3201620A 1981-04-16 1982-01-20 Verfahren zum Erzeugen einer Folge stabiler Laserausgangsimpulse eines gütegeschalteten Lasers Expired DE3201620C2 (de)

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