JPH02150728A - レーザ光検出装置 - Google Patents

レーザ光検出装置

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JPH02150728A
JPH02150728A JP30524588A JP30524588A JPH02150728A JP H02150728 A JPH02150728 A JP H02150728A JP 30524588 A JP30524588 A JP 30524588A JP 30524588 A JP30524588 A JP 30524588A JP H02150728 A JPH02150728 A JP H02150728A
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Hiroshi Imoto
井元 拓
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4257Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光検出装置に関し、特に微弱なレーザ光
パルスを検出するためのレーザ光検出装置に関する。
〔従来の技術〕
かかる高感度のレーザ光検出装置としてSl型光電子増
倍管が知られている。その量子効率は、レーザレーダ等
に良く用いられているNd:YAGレーザの発振光波長
1.06μmで、0.01%程度である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、レーザレーダ等において、1光子/パルス程
度の微弱なレーザ光を検出したいことがよくある。この
場合、用いるレーザ光検出装置の量子効率をηとすると
、1/η回のパルスを観測する必要がある。上述したよ
うに、従来のレーザ光検出装置は、その量子効率ηが1
に対して数桁小さいので、このように微弱なレーザ光を
検出するためにはきわめて多数回のパルスを観測しなけ
ればならない欠点がある。
本発明の目的は、量子効率を等価的に1程度まで向上し
得るレーザ光検出装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のレーザ光検出装置は、レーザ増幅器と、このレ
ーザ増幅器が増幅出力した光を検出する光検知器とを備
えている。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
第1図に示す実施例はNd:YAGレーザの出力光であ
る波長1.06μmのレーザ光を検出するものである。
検出すべきレーザ光101以外の外部の光による雑音出
力を除去するため、光に関係する素子は暗箱1内に収容
されている。
レーザ光101を暗箱に導入する可視光遮断フィルタ2
が暗箱1の側壁に設けられ、可視光遮断フィルタ2に続
いて、偏光器4.Nd :YAG結晶5.λ/4板6.
グイクロイックミラー7゜集光レンズ8.レーザダイオ
ード9がほぼ直線状に順次配置されている。又、これら
が配置されている直線とは別の直線にほぼそって、折曲
げミラー10.偏光器11.ポッケルスセル12.偏光
器13.干渉フィルタ14.集光レンズ15゜ピンホー
ル16.Sl型光電子増倍管17が順次配置されている
。レーザダイオード9及びSl型光電子増倍管17には
ペルチェ素子18及び19が取付けられている。
暗箱1の外部には、レーザダイオード9及びSl型光電
子増倍管17の電源20及び21.ポッケルスセル12
のドライバ22.電源20及びドライバ22を制御する
タイミングコントローラ23゜ペルチェ素子18及び1
9のコントローラ24及び25が配置される。
レーザダイオード9は発振光波長的810nm、光出力
2Wの励起光を発生する。この励起光は、第1図に点線
で図示したように、集光レンズ8で集束され、ダイクロ
イックミラー7、λ/4板6を通過し、Nd:YAG結
晶5を直径100μm程度の範囲で照射して励起する。
その結果、Nd:YAG結晶5は波長1.06.umの
レーザ光を増幅するようになる。寄生発振を防ぐため、
Nd:YAG結晶5の端面は、無反射コートを旅すか、
又は、ブルースター角にカットされる。ダイクロイック
ミラー7は、波長810nmの励起光は透過するが、波
長1.06μmでは全反射になる。なお、ペルチェ素子
18及びコントローラ24がレーザダイオード9を恒温
化し、励起光が一定波長に保たれる。
レーザ光101は、可視光遮断フィルタ2.干渉フィル
タ3を通過し、更に偏光器4でP偏光成分のみ通過しN
d:YAG結晶5に入射して増幅され、λ/4板6で円
偏光に変換され、ダイクロイックミラー7で反射され、
λ/4板6でS成分の直線偏光に変換され、再びNd:
YAG結晶5で増幅される。この増幅出力は、S成分で
あるから、偏光器4で反射され、折曲げミラー10で更
に反射され、偏光器11に入射する。偏光器4゜Nd:
YAG結晶5.λ/4板6.ダイクロイックミラー7、
集光レンズ8.レーザダイオード9は、以上説明したよ
うに、ダブルパスレーザ増幅器を構成している。なお、
可視光遮断フィルタ2及び干渉フィルタ3は、レーザ光
101以外の外部の光を阻止するのに用いられている。
偏光器11は、折曲げミラー10から入射した直線偏光
を全部通すように配置される。又、偏光器13は、ポッ
ケルスセル12に電圧を印加しないとき、偏光面が偏光
器11の偏光面と直交するように配置される。ポケット
セル12に半波長電圧v、72を印加すると、偏光器1
1を通過した直線偏光はすべて偏光器13を通過し、電
圧を印加しなければすべて阻止される。従って、偏光器
11、ポッケルスセル12.偏光器13はドライバ22
の出力電圧で制御される光シャッタとして動作する。こ
の光シャッタを通過した光は、干渉フィルタ14.集光
レンズ15.ピンホール16を通り、Sl型光電子増倍
管17で検出され、検出結果が出力102として取出さ
れる。なお、干渉フィルタ14は、レーザダイオード9
の出射光を阻止すると共に、Nd:YAG結晶5の自然
放出光を帯域制限し、この自然放出光による雑音出力を
低減する。又、レーザ光101は、遠方から入射し、干
渉フィルタ3,14で狭帯域化されるので拡がり角はき
わめて小さい。そのため、集光レンズ15.ピンホール
16からなる空間フィルタにより、Sl型光電子増倍管
17の視野角を制限し、拡がり角の大きいNd:YAG
結晶5の自熱放出光がSl型光電子増倍管17に入射す
るのを阻止している。更に、ペルチェ阻止19は、Sl
型光電子増倍管17を冷却し、暗電流雑音を低減してい
る。
第2図は第1図に示す実施例のタイムチャートである。
第2図を参照して第1図に示す実施例の全体の動作につ
いて説明する。
タイミングコントローラ23は、レーザ光101のパル
ス入射予定時間の約200μs前に、電源20を制御し
てレーザダイオード9を発振させる。その結果、Nd:
YAG結晶5が励起され、レーザ光101に対し利得を
もつようになる。なお、200μSはNd:YAG結晶
の上準位寿命に相当する時間である。100nsの時間
幅内でパルス入射予定時間が推定できるものとし、タイ
ミングコントローラ23は、この約100nsの間ドラ
イバ22を制御して、ポッケルスセル12に半波長電圧
v、/2を印加させる。その結果、この約100nsの
間だけ(ポッケルスセル12及び偏光器11.13から
なる)光ゲートが開き、Sl型光電子増幅管17の出力
102は第2図に示すごとくになる。但し、vlはSl
型光電子増倍管17の暗電流による雑音、V、−V、は
Nd:YAG結晶5の自然放出光による雑音、V3  
V2は入射したレーザ光101が(Nd:YAG結晶5
で増幅され)検出された信号成分である。
第1図に示す実施例の感度、S/Nについて説明する。
Nd:YAG結晶5による力方向パス利得Gは次式の如
くになる。
G=e x p(Ncyj2)           
(1)N= 77o ・P−T/ (h v yr a
J)     (2)N:反転分布密度 η。:f#子効率×集光効率(0,4と仮定)P:レー
ザダイオード9の出力(2W)T:レーザダイオード9
のパルス幅(200μs)a:レーザダイオード9によ
るNd :YAG結晶5の照射域半径(50μm) 1 : Nd :YAG結晶5の光軸方向長さ(1cm
)σ:Nd:YAG誘導放出断面積 (5X 10−”cnt) hニブランク定数(6,6X 10”−”J−s)シ:
Nd:YAGレーザ光周波数 (2,8X 10”Hz) 上記数値を代入すると、N= l x 10 ”/CI
+!。
G=148となる。従って、レーザ光101の光子1個
に対し、Sl型光電子増倍管17へは1×G2=2.2
X10’個の光子が入射する。Sl型光電子増倍管17
の量子効率を0.01%として、2個の光電子が発生す
るから、雑音による光電子がこれ以下であれば、第1図
に示す実施例は1光子/パルスという微弱なレーザ光1
01を検出可能である。
Nd:YAG結晶5の自然放出光のうちSl型光電子増
倍管17に入射する成分は、レーザ光101のパルス幅
t、(Ionsとする)当りの光子数にして 2   hντ         4π    Δλ。
θ:集光レンズ15.ピンホール16による空間フィル
タの視野(0,1mrad)ΔλF:干渉フィルタ14
のスペクトル幅(0,1人) ΔλS:自然放出光のスペクトル@(4人)τ:Nd:
YAGの上準位寿命 (200μs) である。上記数値を代入すると、3式の数値は1.65
となり、先に計算した信号成分による光子数より小さい
。Sl型光電子増倍管17の暗電流による雑音はNd:
YAG結晶5の自然放出光による雑音に対して無視でき
るから、第1図に示す実施例はl光子/パルスの微弱な
レーザ光101を検出可能な感度、S/Nを有している
。なお、3式における係数1/2は偏光器4が自然放射
光のS成分のみを折曲げミラー10の方へ反射すること
による。
以上、第1図に示す実施例について説明した。
第1図に示す実施例は端面励起のNd :YAGレーザ
増幅器を用いているが、側面励起のNd:YAGレーザ
増幅器も使用できる。810nmの励起先約25Wを約
1cm長の線状に出力するレーザダイオードが実現され
ている。このレーザダイオードで、シリンドリカルレン
ズを介して、Nd:YAG結晶を側面励起すれば、先に
述べたよう更に高利得のレーザ増幅器を得ることができ
る。
第3図は、本発明の一応用例であるレーザレーダの斜視
図である。
第3図に示すレーザレーダは、送信光学系Aと、受信光
学系Bと、送信光学系A及び受信光学系Bを共通に所定
の方向に向ける走査部Cと、Nd:YAGレーザにより
1.06μmのレーザ光パルスを発生し送信光学系Aへ
出力する狭帯域レーザ発振装置りと、送信光学系Aが送
出したレーザ光パルスのエコーを受信光学系Bを介して
受信するレーザ光検出装置Eと、レーザ光検出装置Eの
検出信号を入力する信号処理装置Fと、狭帯域レーザ発
振装置りの電源Gと、レーザレーダ全体を制御し信号処
理装置Fの処理結果を表示する制御表示部Hとを備えて
構成されている。第1図に示す実施例をレーザ光検出装
置Eとして用いることにより、第3図に示すレーザレー
ダの受信感度を向上できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、検出すべきレーザ光を増
幅するレーザ増幅器を備え、レーザ光をこのレーザ増幅
器で増幅してから既知の光検知器に入力することにより
、1光子/パルスの微弱なレーザ光パルスでも1回の計
測で検出できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
第1図に示す実施例のタイムチャート、第3図は本発明
の一応用例であるレーザレーダの斜視図である。 1・・・・・・暗箱、2・・・・・・可視光遮断フィル
タ、3゜14・・・・・・干渉フィルタ、4,11,1
3・・・・・・偏光器、5・・・・・・Nd:YAG結
晶、6・・・・・・λ/4板、7・・・・・・ダイクロ
イックミラー 8,15・・・・・・集光レンズ、9・
・・・・・レーザダイオード、10・・・・・・折曲げ
ミラー 12・・・・・・ポッケルスセル、16・・・
・・・ピンホール、17・・・・・・Sl型光電子増倍
管、18゜19・・・・・・ペルチェ素子、20,21
・・・・・・電源、22・・・・・・ドライバ、23・
・・・・・タイミングコントロー5%  24.25・
・・・・・コントローラ。 代理人 弁理士  内 原   晋 5z図 F信引勢理競デ 2箭δ 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  レーザ増幅器と、このレーザ増幅器が増幅した光を検
    出する光検知器とを備えたことを特徴とするレーザ光検
    出装置。
JP63305245A 1988-12-01 1988-12-01 レーザ光検出装置 Expired - Lifetime JP2785285B2 (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5963830A (ja) * 1982-10-04 1984-04-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光信号増幅器
JPS59126696A (ja) * 1983-01-10 1984-07-21 Nec Corp 光通信用光増幅装置
JPS60145694A (ja) * 1983-12-16 1985-08-01 エステイ−シ− ピ−エルシ− 光増幅器及び増幅方法
JPH022532A (ja) * 1988-06-14 1990-01-08 Oki Electric Ind Co Ltd 光増幅モジュール

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