FI62915C

FI62915C - ANORDNING VID PULSAD Q-SWITCHAD LASER

Info

Publication number: FI62915C
Application number: FI770515A
Authority: FI
Inventors: John Erik Goeran Dahl; Karl Johan Olov Hasselskog; Anders Stefan Severinsson
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1983-03-10
Also published as: FR2344154A1; NO144235C; FI62915B; SE7603135L; IT1084825B; GB1546024A; CH612800A5; NO770815L; FI770515A; YU62177A; NO144235B; SE404571B; YU41062B

Description

ISSF^l M /,« kuuuutusjuukaisu Ä9Q1cISSF ^ l M /, «kuuuutusjuukaisu Ä9Q1c

flu l J '' utlAooninosskrift ÖZ7 I Dflu l J '' utlAooninoscript ÖZ7 I D

*gg c (45> Mduiiu !ϊ ° “3 lv“3 ^ (51) Kv.nj/lnta3 H 01 S 3/11 SUOMI—FINLAND (^) hwwiwiiw-NweieB^i 770515 (22) H»k>mnp«lv« - AM**** 17.02.77 *PI' (23) ANaipaM-.GIMgkwdH 17.02.77* gg c (45> Mduiiu! “°“ 3 lv “3 ^ (51) Kv.nj / lnta3 H 01 S 3/11 SUOMI — FINLAND (^) hwwiwiiw-NweieB ^ i 770515 (22) H» k> mnp «Lv« - AM **** 17.02.77 * PI '(23) ANaipaM-.GIMgkwdH 17.02.77

(41) Tulkit JulkMal — Whrtt <rfr«wl*f „ nQ(41) Tulkit JulkMal - Whrtt <rfr «wl * f„ nQ

'“"“'-J* ”?—»!«» (ΜΝΜ*«.|ιΗ1Μ.>."" "" "-J *"? - »!« »(ΜΝΜ *«. | ΙΗ1Μ.>.

PMMife>och regletentyretoen ' 7 An·*» titled odi ucUkiifun puMkarad 30.χι 82 (32)(33)(31) Eyy4««rimoiiwm» li|MpciofHt 09>03>7g Ruotsi-Sverige(SE) 7603135-0 (71) Oy L M Ericsson Ab, KyrkslAtt, FI; 02U20 Jorvas, Suomi-Finland(FI) (72) John Erik Göran Dahl, Göteborg, Karl Johan Olov Hasselskog, Västra Frolunda, Anders Stefan Severinsson, Lerum, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Oy Kolster Ab (5*0 Anordning vid en pulsad, Q-switchad laser - Sovitelma Q-kytketyssä pulssilaserissa Föreliggande uppfinning avser en anordning vid en sk. Q-switchad laser, speoiellt avsedd för en lätt transportabel avstAndsmätare.PMMife> and the regulatory agency '7 An · * »titled odi ucUkiifun puMkarad 30.χι 82 (32) (33) (31) Eyy4« «rimoiiwm» li | MpciofHt 09> 03> 7g Ruotsi-Sweden (SE) 7603135-0 ( 71) Oy LM Ericsson Ab, KyrkslAtt, FI; 02U20 Jorvas, Suomi-Finland (FI) (72) John Erik Göran Dahl, Gothenburg, Karl Johan Olov Hasselskog, West Frolunda, Anders Stefan Severinsson, Lerum, Ruotsi-Sweden (SE) (7 ^) Oy Kolster Ab (5 * 0 The present invention relates to a device for a so-called Q-switched laser, specially designed for an easily transportable distance meter.

Den laserpuls som erhAlles fr&n en optiskt pumpad kristallaeer har ett myoket oregelbundet utseende ooh uppvisar pulstoppar under en etor del av den för pumpningen anvttnda ljuspulsens varaktighet. I avstAndsmätare är det emellertid nödvändigt att laserpulsene energi koncentreras i en enda, mycket kort puis för att man skall fÄ tillr&cklig noggrannhet i mätningen. Detta kan uppnAs genom att den optiska kavitet, som bildas av laserns änd-speglar inte göre verksam förrän vid slutet av blixtljuspulsen, dvs. dA laeerkristallen är maximalt exoiterad. En vanlig metod att Astadkomma detta är att göra den ena spegeln rörlig, vanligen roterande, och att synkro-nisera rörelsen med strömmatningen tili den blixlampa, som används för att alstra blixtljuspulserna. En sAdan anordning är emellertid klumpig och käns-lig för mekaniska pAkänningar, varför den ej lämpar sig för transportabel utrustning.The laser pulse obtained from an optically pumped crystal lamp has a myocoate irregular appearance and exhibits pulse peaks during an ether part of the duration of the light pulse used for the pumping. However, in distance meters, it is necessary that the laser pulsed energy is concentrated in a single, very short pulse in order to obtain sufficient accuracy in the measurement. This can be achieved by the fact that the optical cavity formed by the end mirrors of the laser does not work until the end of the flash light pulse, ie. dA the bearing crystal is maximally excited. A common method to accomplish this is to make one mirror movable, usually rotating, and to synchronize the movement with the power supply to the flash lamp used to generate the flash light pulses. However, such a device is bulky and sensitive to mechanical stresses, so it is not suitable for transportable equipment.

Man har ooksA funnit att vissa organiska färgämnen verkar dämpande pA ljus av de vAglängder, som kan alstras av kristallasrar. En behAllare med 2 6291 5 färgämnen löst i en lämplig vätska, som placeras i strälgängen nollan änd-speglama absorberar ljus av läserväglängden och förhlndrar laerlng. Den strälning genom stimulerad emission som laserelementet avger under blixtljus-pulsen absorberas av färgämnet. Detta innebär att färgämnet atomer exiteras tili ett högre energitillständ. Senom att livslängden i detta energitillständ Sr relativt läng, kommer mot slutet av blixtljuspulsen större delen av färgämnete absorberande atomer att vara exciterade och färgämnet blir transparent för laserväglängden. Därmed uppfylls villkoret för lasring ooh laserkristallen deexciteras snabbt under utsändande av en kort, väl definierad laserpuls. Dä laserpulsen upphört skall ooksä färgämnet snabbt ätergä tili sitt grundtillst&nd sä att förloppet skall kunna upprepas. Eftersom färgämnets dämpning styrs automatiskt av lasersträlningen själv behövs inga yttre styranordningar. En anordning av detta slag för att ästadkomma konoentrerade laserpulser brukar benämnds passiv Q-switch.It has also been found that some organic dyes act as suppressants on light of the wavelengths that can be generated by crystallizers. A container of dyes dissolved in a suitable liquid placed in the nozzle of the end mirrors absorbs light of the reader path length and imparts storage. The radiation by stimulated emission emitted by the laser element during the flash light pulse is absorbed by the dye. This means that the dye atoms are excited to a higher energy state. Since the life span of this energy state is relatively longer, towards the end of the flash light pulse, most of the dye-absorbing atoms will be excited and the dye becomes transparent to the laser path length. Thus, the condition of laser ring is met and the laser crystal is rapidly deexcited while emitting a short, well-defined laser pulse. When the laser pulse has ceased, the dye must also quickly return to its basic state so that the process can be repeated. Since the attenuation of the dye is automatically controlled by the laser radiation itself, no external control devices are needed. A device of this type for providing concentrated laser pulses is usually referred to as a passive Q switch.

Passiva Q-switohar av det ovan nämnda slaget har vissa maokdelar i transportabel utrustning. Färgämnesbehällaren är temperaturkänslig ooh ömtälig för stötar ooh mäste byggas robust ooh fär därvid hög vikt och volym. Man har försökt lösa detta problem genom att baka in färgämnet i en folle tillverkad av ett lämpligt plastmaterial, som är transparent för den önskade laserväglängden. En s&dan passiv Q-svitch finns beskriven exem-pelvis i den offentliggjorda tyska patentansökningen nr. 2 141 537«Passive Q-switches of the above-mentioned kind have certain components of transportable equipment. The dye container is temperature sensitive and also susceptible to bumps and has to be built robust and therefore high weight and volume. This problem has been attempted by baking the dye into a foil made of a suitable plastic material which is transparent to the desired laser path length. Such a passive Q switch is described, for example, in published German patent application no. 2 141 537 «

Det har emellertid visat slg att om en dylik folle används som Q,-switch, eä blir resultatet sämre än om färgämnet i lös form befinper sig i en glasbeh&llare. Undersökningar har visat att oregelbundenheter i filmens yta orsakar ljusspridning ooh därmed läg verkningsgrad hoe lasern.However, it has been shown that if such a foil is used as a Q, switch, the result will be worse than if the dye in loose form is in a glass container. Studies have shown that irregularities in the film's surface cause light scattering and thus lower the efficiency of the laser.

P g a att filmens form p&verkas av temperaturen har ljusspridningen och därmed laserns funktion ooksä visat sig vara temperaturberoende» Detta är en stor naokdel dä en transportabel avständsmätare normalt skall ku^J^ar-beta inom ett mycket stort temperaturomräde.Because the shape of the film is influenced by the temperature, the light scattering and thus the function of the laser have also been found to be temperature dependent. This is a great advantage since a portable distance meter should normally run within a very large temperature range.

Enligt uppfinningen är det möjligt att ästadkomma en pulsad Q-switched laser av det slag där strälgängen i laserns kavitet dämpas av ett färgäane, som har hög abeorptionekoeffioient för laserväglängden tillsfärgämnet vid slutet av exoiteringepulsen pumpata tili ett energitlllständ där färgämnet är transparent, varvid färgämnet är inbakat i en bärarfolie av ett transparent material, utan att man fär de ovan nämnda naokdelarna. Upp-finningens kännetecken framgär av bifogade patentkrav.According to the invention, it is possible to provide a pulsed Q-switched laser of the type in which the radius of the laser cavity is attenuated by a dye having a high absorption coefficient for the laser wavelength until the dye at the end of the excitation pulse is pumped to an energy state where the dye is transparent, where the dye is transparent. in a carrier film of a transparent material, without obtaining the above-mentioned naoc parts. The features of the invention are set forth in the appended claims.

Förutom ovan nämnda fördelar är det möjligt att med en anordning enligt uppfinningen förenkla hela laserns uppbyggnad ooh därmed ytterligare minska laserns volym och vikt.In addition to the above-mentioned advantages, it is possible with a device according to the invention to simplify the whole structure of the laser and thus further reduce the volume and weight of the laser.

5 629155 62915

Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade patentkrav där fig. 1 visar en schematisk skies av en kristallaser med en Q-switch enligt uppfinningen.The invention will be described in more detail in connection with the appended claims, where Fig. 1 shows a schematic diagram of a crystal laser with a Q-switch according to the invention.

fig. 2 visar en Q-bwitch i genomskärning ooh fig. 3-6 i genomskärning visar olika utföringsformer av anordningen enligt fig. 2.Fig. 2 shows a cross-sectional Q-bitch and Fig. 3-6 in cross-section show various embodiments of the device of Fig. 2.

1 fig. 1 betecknar 11 ett lasereleaent best&ende av en stav. t.ex. av syntetisk rubin (v&glängd 6943 A) eller neodymium (v&glängd 10600 A). Laserelementet pumpas p& optisk väg med hjälp av en blixtlampa 12. som matas av en strömkälla 13. Ljuset fr&n bliztlampan konoentreras medelst icke visade reflektorer mot laserelementet 11. Utanför laserstavens ändytor är placerade tv& speglar 14 och 15» vars normaler är parallella med stavens längdaxel. Desea speglar 14, 15 bildar en optisk kavitet. Den ena spegeln 14 är ej totalreflekterande d*4n den släpper igenom en vise del av det in-fallande laserljuset. Melian laserstavens 11 ena ände och spegeln 15 finns en kropp 16 inneh&llande ett färgämne som normalt absorberar ljus av la-serns v&glängd. A andra sidan skall färgämnets atomer ha exoiterade till-st&nd där absorptionsn är e& l&g att villkoret för lasring uppfylls och detta tillst&nd skall ha s& l&ng livslängd att laserpulsen helt de-exoiterar laserelementet. Amnen av detta slag beskrivs t.ex. i USA-patentet 3 743 9M· Färgämnet är inneslutet i en folie av ett material som är transparent vid den aktuella laserv&glängden.In Fig. 1, 11 denotes a laser element consisting of a rod. e.g. of synthetic ruby (wt. 6943 A) or neodymium (wt. 10600 A). The laser element is pumped in an optical way by means of a flash lamp 12. which is supplied by a power source 13. The light from the flash lamp is concentrated by means of reflectors not shown on the laser element 11. Outside the end faces of the laser rod are placed two mirrors 14 and 15, which are normally parallel to the longitudinal axis of the rod. Desea mirrors 14, 15 form an optical cavity. One of the mirrors 14 is not fully reflective d * 4n it passes through a certain portion of the incident laser light. The one end of the Melian laser rod 11 and the mirror 15 are a body 16 containing a dye which normally absorbs light of the laser's brightness. On the other hand, the dye atoms must have excited states where the absorption is equal to the condition of the laser ring, and this state must have a long life that the laser pulse completely de-excites the laser element. The blanks of this type are described e.g. in the US patent 3 743 9M · The dye is enclosed in a foil of a material which is transparent at the current laser & gloss.

Kroppens 16 uppbyggnad framg&r i detalj av fig. 2. Folien. som inns» h&ller färgämnet beteoknas här med 17· Folien är inlagd mellan tv& plan-par allella plattor 18. 19 av ett transparent material, lämpligen glas.The structure of the body 16 is shown in detail in Fig. 2. The foil. as ins »keeps the dye being added here with 17 · The foil is sandwiched between tv & plan pairs of allel plates 18. 19 of a transparent material, preferably glass.

Mellan folien 17 ooh glasplattoma 18. 19 anbrlngas ett material som vid anbringandet har en sAdan viskositet att alla ojämnheter i folien utfylls. Material har i huvudsak saama brytningskoeffioient som folien 17« P& detta sätt f&r man minsta aöjliga störning i str&lg&ngen genoa Q-switoh-kroppen 16. Materialet kan exempelvis vara ett lim som efter härdning h&ller saaman det hela i ett fast förband.Between the film 17 and the glass plates 18. 19, a material is applied which, upon application, has such a viscosity that all the unevenness of the film is filled. Material has essentially the same coefficient of refraction as the foil 17 «P & this way you get the least possible disturbance in the string genoa Q-switoh body 16. The material can, for example, be an adhesive which, after curing, holds the whole together in a fixed dressing.

För att inte reflexioner i plattornas 18. 19 fria ytor 21. 22 skall minska den optiskä kävitetens godhetstal förses dessa ytor lämpligen med antireflexskikt 23» 25 enligt fig. 3« Dessa skikt, som avpassas tili laser-v&glängden framställas p& känt sätt*In order not to reflect on the free surfaces 21. 22 of the plates 18. 19, to reduce the goodness of the optical cavity, these surfaces are suitably provided with anti-reflex layers 23 »25 according to Fig. 3« These layers, which are adapted to the laser wavelength, are produced in known manner *

Den intill Q-switchen 16 belägna spegeln 15 kan undvaras om den mot denna spegel vända ytan 22 inllgt fig. 4 förses med ett speglande 4 6291 5 s skikt 25* Detta speglande skikt utgöres lämpligen av en i ooh för sig känd sk. dielektrisk spegel uppbyggd av ett antal, tunna, dielektriska skikt. Brytningsindezen hos dessa skikt alternerar mellan tv& olika värden.The mirror 15 located adjacent to the Q switch 16 can be avoided if the surface 22 facing the mirror 22 in FIG. 4 is provided with a reflecting layer 4 6291 5 * This reflecting layer is suitably a so-called known element. dielectric mirror made up of a number of thin dielectric layers. The refractive indices of these layers alternate between television & different values.

För att hindra att det intensive ljuset fr&n blixtlampan 11 förstör färgämnet i Tolien 17 kan det vara lämpligt att utföra den mot laserele-mentet vända plattan 18 av ett material, som absorberar kortvÄgigt 1 jus men släpper igenom det längvägiga laserljuset.In order to prevent the intense light from the flash lamp 11 from destroying the dye in Tolien 17, it may be convenient to make the plate 18 facing the laser element a material which absorbs briefly 1 light but permits the long-range laser light.

För att minska behovet av att ställa in spegeln 14 ooh den speg-lande ytan 25 i fig. 4 till noggraxm parallellitet kan man ersätta plattan 19 med ett kubhörnprisma 26 enligt fig. 5* Ett sädant prisma» som beet&r av ett avskuret kubhörn bar den egenskapen att ljue, som faller in mot de i hornet sammanstötande ytorna (t.ex. 26» 27) totalreflekteras &t samma häll som det infallande ljuset. Det är därför inte nödvändigt att justera-Q-switchene lftge med n&gon större noggrannhet» vilket gör den mekaniska uppbyggnaden av lasern väsentligt billigare ooh mindre utrymmeskrävande.To reduce the need to adjust the mirror 14 and the mirrored surface 25 of FIG. 4 to accurate parallel, one can replace the plate 19 with a cube corner prism 26 according to FIG. 5 * Such a prism carried by a cut cube corner the property of light, which falls against the surfaces of the horn (eg 26 »27), is totally reflected & the same pour as the incident light. Therefore, it is not necessary to adjust the Q switches with greater accuracy, which makes the mechanical construction of the laser considerably cheaper and less space consuming.

I en ytterligare utföringsfsrm enligt fig. 6 anbringas folien 17 direkt mot änden p& själva laserstaven med mellanlägg av ett utfyllnads-material (lim) 20. Den ena kroppen 16 kan d& undvaras ooh man f&r en myoket kompakt enhet. Den andra kroppen kan d& utgöras av antingen en planparallell platta enligt fig. 3 eller 4 eller av en kubhörnspegel enligt fig. 5.In a further embodiment according to Fig. 6, the foil 17 is applied directly to the end of the laser rod itself with the insert of a filling material (glue) 20. One of the body 16 can then be undone and for a myoket compact unit. The second body may be either a plane parallel plate of Fig. 3 or 4 or a cube corner mirror of Fig. 5.

Claims

6291 5 5 Patent claims *

1. Device for a pulsed, Q-switched laser of the type in which the radius of the laser optical cavity is attenuated by a dye having a high absorption coefficient for the laser path length until the dye is pumped to an energy state at the end of the excitation pulse where the laser path length has a sufficiently low attenuation. laser ring can be formed, whereby the dye is wrapped in a foil of a material which is transparent to the laser path length, characterized in that the foil (17) is applied between two transparent bodies (18,19,26) with a spacing of a material ( 20) having substantially the same refractive index as the foil (17) and with sufficiently low viscosity upon application to fill in irregularities in the foil.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one (18) of said transparent bodies (18,19,26) is constituted by a plane parallel glass plate.

Device according to any of the preceding claims, characterized in that the free surface of at least one of the bodies is anti-reflex treated.

Device according to any of the preceding claims, characterized in that the body facing away from the laser element (1i) has the free surface provided with a reflecting layer (23) ·

3. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the body (18) which is closest to the laser element is made of a material which attenuates light with a shorter path length than the laser light.

Apparatus according to any of claims 1-3 »characterized in that the body (26) facing away from the laser element is formed as a cube corner prism *

7. Device according to any of claims 1-4, characterized in that the body facing the laser element (11) is the laser element itself.