NO144235B - Anordning ved en pulset, q-svitsjet laser - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved en såkalt Q-svitsjet laser, spesielt beregnet for.en lett transportabel avstandsmåler.

Den laserpuls man får fra en optisk pumpet krystall-laser, har

et meget uregelmessig utseende og oppviser pulstopper under en stor del av varigheten av lyspulsen anvendt for pumpingen.

I avstandsmålere er det imidlertid nødvendig at laserpulsens energi konsentreres i kun én meget kort puls for at man skal få tilstrekkelig nøyaktighet i målingen. Dette kan oppnås ved at den optiske kavitet som dannes av laserens endespeil,

ikke gjøres virksom før ved slutten av blitzlyspulsen, dvs.

når laserkrystallen er maksimalt eksitert. En vanlig frem-gangsmåte for å oppnå dette er å gjøre det ene speilet bevege-lig, vanligvis roterende, og å synkronisere bevegelsen med strømmatingen til den blitzlampe som anvendes for å frembringe blitzlyspulsene. En slik anordning er imidlertid klumpet og følsom for mekaniske påkjenninger. Den egner seg derfor ikke for transportabel utrustning.

Man har også funnet ut at visse organiske fargestoffer virker dempende på lys med de bølgelengder som kan frembringes av krystall-lasere. En beholder med fargestoffer oppløst i hensiktsmessig væske, som plasseres i strålegangen mellom ende-speilene, absorberer lys med laserbølgelengden og forhindrer låsing. Det engelske ord "låsing" har her betydningen: "som oppviser lasereffekt". Den stråling ved hjelp av stimulert emisjon som laserelementet avgir under blitzlyspulsen, absor-beres av fargestoffet. Dette innebærer at fargestoffets ato-

mer eksiteres til en høyere energitilstand. Ettersom levetiden i denne energitilstand er relativt lang, vil mot slutten av blitz-

lyspulsen størsteparten av fargestoffets absorberende atomer

være eksitert, og fargestoffet blir transparent for laserbølge-lengden. Dermed oppfylles betingelsen for låsing, og laserkrystallen de-eksiteres raskt under utsendelse av en kort, veldefi-nert laserpuls. Når laserpulsen har opphørt, skal også fargestoffet raskt gå tilbake til sin grunntilstand slik at forløpet skål kunne gjentas. Ettersom fargestoffets dempning styres automatisk av laserstrålingen selv, trengs ingen ytre styrean-ordninger. En anordning av dette slag for å tilveiebringe kon-sentrerte laserpulser betegnes vanligvis som passiv Q-svitsj.

Passive Q-svitsjer av ovennevnte type har visse ulemper når

det gjelder transportabelt utstyr. Fargestoffbeholderen er temperaturfølsom og ømtålig for støt og må bygges robust,og får således høy vekt og stort volum. Man har for-søkt å løse dette problem ved å bake fargestoffet inn i en folie fremstilt av et hensiktsmessig plastmateriale som er transparent for den ønskede laserbølgelengde. En slik passiv Q-svitsj er f.eks. beskrevet i den offentliggjorte tyske patentansøkning nr. 2 141 537.

Det har imidlertid vist seg at hvis en slik folie anvendes

som Q-svitsj, blir resultatet dårligere enn hvis fargestoffet i løs form befinner seg i en glassbeholder. Undersøkelser har vist at uregelmessigheter i filmens overflate forårsaker spredning av lyset og dermed lav virkningsgrad for laseren.

På grunn av at filmens form påvirkes av temperaturen, har lys-spredningen og dermed laserens funksjon også vist seg å være avhengig av temperaturen. Dette er en stor ulempe, idet en transportabel avstandsmåler vanligvis skal kunne arbeide innen et meget stort temperaturområde.

Ifølge oppfinnelsen er det mulig å tilveiebringe en pulset Q-svitsjet laser av den type hvor strålegangen i laserens kavitet dempes av et fargestoff som har høy absorpsjonskoeffisient for laserbølgelengden inntil fargestoffet ved slutten av eksiteringspulsen er blitt pumpet til en energitilstand der fargestoffet er transparent, hvor fargestoffet er innbakt i en bærefolie av transparent materiale, uten at man får de ovennevnte ulemper. Oppfinnelsens kjennetegn vil

fremgå av de vedlagte patentkrav.

Foruten de ovennevnte fordeler er det mulig ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen å forenkle hele laseres oppbygning og dermed ytterligere redusere laserens volum og vekt.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i tilknytning til vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 viser en skjematisk skisse av en krystall-laser med en Q-svitsj ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en Q-svitsj, gjennomskåret, og

fig. 3-6 viser gjennomskåret forskjellige utførelsesformer av anordningen ifølge fig. 2.

I fig. 1 betegner 11 et laserelement bestående av en stav, f.eks. av syntetisk rubin (bølgelengde 6943 Å) eller neo-dymium (bølgelengde 106 00 Å) . Laserelementet pumpes på optisk måte ved hjelp av en blitzlampe 12, som mates av en strøm-kilde 13. Lyset fra blitzlampen konsentreres ved hjelp av ikke viste reflektorer mot laserelementet 11. Utenfor laserstavens endeflater er det plassert to speil 14 og 15, hvis normaler er parallelle med stavens lengdeakse. Disse speil 14, 15 danner en optisk kavitet. Det ene speilet 14 er ikke totalreflekterende, men slipper igjennom en viss del av det innfallende laserlyset. Mellom laserstavens 11 ene ende og speilet 15 er det et legeme 16 som inneholder et fargestoff som vanligvis absorberer lys med laserens bølgelengde. På

den andre side skal fargestoffets atomer ha eksitert tilstand, hvor absorpsjonen er så lav at betingelsen for lasring oppfylles, og denne tilstand skal vare så lenge at laserpulsen fullstendig de-eksiterer laserelementet. Stoffer av denne type er beskrevet i f.eks. US-patent 3 74 3 964. Fargestoffet er innelukket i en folie av et materiale som er transparent ved den aktuelle laserbølgelengden.

Legemets 16 oppbygning fremgår i detalj av fig. 2. Folien

som inneholder fargestoffet, betegnes her 17. Folien er innlagt

mellom to planparallelle plater 18, 19 av transparent materiale, gjerne glass. Mellom folien 17 og glassplatene 18, 19 anbringes et materiale 20 som ved anbringelsen har en slik viskositet at alle ujevnheter i folien utfylles. Materialet har hovedsaklig samme brytningskoeffisient som folien 17. På denne måte får man minst mulig forstyrrelse i strålegangen gjennom Q-svitsj-legemet 16. Materialet kan f.eks. være et lim som etter herding holder det hele sammen i en fast forbindelse.

For at refleksjoner i platenes 18, 19 frie overflater 21, 22 ikke skal redusere den optiske kavitetens godhetstall, forsynes disse flater hensiktsmessig med antireflekslag 23, 25 ifølge fig..3. Disse lag, som tilpasses laserbølgelengden, frem-stilles på kjent måte.

Speilet 15, som ligger inntil Q-svitsjen 16, kan unnværes hvis flaten 22 som vender mot dette speil ifølge fig. 4, forsynes med et speilende lag 25. Dette speilende lag utgjøres for-trinnsvis av et i og for seg kjent såkalt dielektrisk speil

bygget opp av et antall tynne, dielektriske lag. Brytnings-indeksen for disse lag alternerer mellom to forskjellige verdier.

For å hindre at det intense lyset fra blitzlampen 11 ødelegger fargestoffet i folien 17, kan det være fordelaktig å lage platen 18 som vender mot laserelementet, av et materiale som absorberer kortbølge-lys, men slipper igjennom langbølget laser-lys.

For å redusere behovet for å innstille speilet 14 og den speilende overflaten 25 i fig. 4 til nøyaktig parallellitet,

kan man erstatte platen 19 med et kubushjørneprisme 26 ifølge fig. 5.. Et slikt prisme, som består av et avskåret kubus-hjørne, har den egenskap at lys som faller inn mot flatene (f.eks. 26, 27) som støter sammen i hjørnet totalreflekteres i samme retning som det innfallende lyset. Det er derfor ikke nødvendig å justere Q-svitsjens posisjon med noen større nøy-aktighet, noe som gjør den mekaniske oppbygningen av laseren vesentlig billigere og mindre plasskrevende.

I'en ytterligere utførelsesform ifølge fig. 6 anbringes folien

17 direkte mot enden av selve laserstaven med mellomlegg av

et ?atfyllingsmateriale (lim) 20. Det ene legemet 16 kan da unnværes, og man får en meget kompakt enhet. Det andre lege-

met kan da utgjøres av enten en planparallell plate ifølge fig. 3 eller 4, eller av et kubushjørnespeil ifølge fig. 5.

Claims (7)

1. Anordning ved en pulset, Q-svitsjet laser av den type hvor strålegangen i laserens optiske kavitet dempes av et fargestoff som har høy absorpsjonskoeffisient for laserbølgelengden

.inntil fargestoffet ved slutten av eksiteringspulsen er blitt pumpet til en energitilstand hvor laserbølgelengden har tilstrekkelig lav dempning til at låsingen skal kunne finne sted, idet fargestoffet er innbakt i en-folie av et materiale som er transparent for laserbølgelenden, karakterisert ved at folien (17) er anbragt mellom to transparente legemer (18, 19, 26) med mellomlegg av et materialet (20) med hovedsaklig samme brytningsindeks som folien (17) og med tilstrekkelig lav viskositet ved anbrinaelsen til å fylle ut ujevnheter i folien.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at i det minste det ene (18) av nevnte gjennomsiktige legemer (18, 19, 26) utgjøres av en planparallell glassplate.

3. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den frie flaten på i det minste ett av legemene er antirefleksbehandlet.

4. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at legemet som vender fra laserelementet (11), har den frie flaten forsynt med et speilende lag (25).

5. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at legemet (18) som ligger nærmest laserelementet, er laget av et materiale som demper lys med kortere bølgelengde enn laserlyset.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at legemet (26) som vender fra laserelementet, er laget som et kubushjørneprisme.

7. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at legemet som vender mot laserelementet (11), utgjøres av laserelementet selv.