RU2516615C1 - Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function - Google Patents
Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516615C1 RU2516615C1 RU2012148467/28A RU2012148467A RU2516615C1 RU 2516615 C1 RU2516615 C1 RU 2516615C1 RU 2012148467/28 A RU2012148467/28 A RU 2012148467/28A RU 2012148467 A RU2012148467 A RU 2012148467A RU 2516615 C1 RU2516615 C1 RU 2516615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- prism
- laser
- radiation
- sensors
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике. Применение в импульсных лазерах различных затворов (модуляторов добротности) для стимулирования излучения лазера, такие как электрооптические затворы, пассивные затворы, оптико-механические затворы и пр., не позволяют использовать единую оптику на излучение и прием отраженного излучения от объекта, а также быстро менять направление излучения лазера в пространстве без дополнительных конструкторских и оптических элементов. Сущность предложенного изобретения в конструкции оптико-механического затвора (модулятора добротности лазера) с функцией коммутатора, работающего с импульсным лазером, последовательно на два направления, с возможностью получения с каждого направления отраженного эхо сигнала излучения лазера от объекта, через ту же оптическую систему и с того же направления, что излучил лазер. Подобные устройства, по отдельным функциональным возможностям, опубликованы в патентах (оптико-механические модуляторы) RU №2134006, C1 от 25.10-2007 г.; RU №2087063, C1, от 25.10.2007 г., (оптические коммутаторы) RU №2029239, C1, от 20.02.1995 г., RU №2352957, C2 от 20.04.2009 г.The invention relates to laser technology. The use of various shutters (Q-switches) in pulsed lasers to stimulate laser radiation, such as electro-optical shutters, passive shutters, optical-mechanical shutters, etc., do not allow the use of a single optics for radiation and reception of reflected radiation from an object, as well as quickly change direction laser radiation in space without additional design and optical elements. The essence of the proposed invention in the design of an optical-mechanical shutter (Q-switched modulator) with the function of a switch operating with a pulsed laser is sequentially in two directions, with the possibility of receiving from each direction of the reflected echo the laser radiation signal from the object through the same optical system and from that the same direction that the laser emitted. Similar devices, according to their individual functional capabilities, are published in patents (optical-mechanical modulators) RU No. 2134006, C1 dated October 25, 2007; RU No. 2087063, C1, dated October 25, 2007, (optical switches) RU No. 2029239, C1, dated February 20, 1995, RU No. 2352957, C2 dated April 20, 2009
Описание изобретенияDescription of the invention
Оптико-механический затвор (модулятор добротности) с функцией коммутатора (ОМЗ-К) представляет единый скомпанованый блок (Фиг.1), в котором на вращающейся части (Фиг.1, п.10), закрепленной на роторе электродвигателя (Фиг.1, п.17, не показан), конструктивно закреплена сборная призма (Фиг.1, п.1, 2, 3) и обтюратор (Фиг.1, п.4). Сборная призма состоит из двух прямоугольных призм Ар90 (Фиг.1, п. 1, п.3), закрепленных гипотенузными гранями на наклонных гранях третей ромб-призмы (Фиг.1, п.2), с расчетным плоскопаралельным зазором между этими гранями. Ось вращения сборной призмы на вращающейся части ОМ3-К ориентирована на центр одной из двух наклонных граней ромб-призмы (Фиг.1, положение 1, сечение А-А). Обтюратор (Фиг.1, п.4), закрепленный на вращающейся части электродвигателя, имеет на кромке диска обтюратора два выреза (Фиг.1, п.а,b). Каждый вырез ориентирован относительно одного из двух положений сборной призмы (Фиг.1. положение 1, положение 2). На неподвижном корпусе ОМЗ-К (Фиг.1 п.9) установлены датчики углового положения (Фиг.1, п.7) ротора двигателя, которые взаимодействуют с датчиком (Фиг.1, п.8), закрепленным на вращающейся части конструкции (Фиг.1, п.10). На торцевых катетных гранях призм Ар90, закрепленных на ромб-призме, нанесены полупрозрачные покрытия заданных параметров (Фиг.1, п.18). На боковой неподвижной части корпуса ОМЗ-К закреплена конструкция, состоящая из призмы Ар90 (Фиг.1, п.5, сечение Б-Б), объективов (Фиг.1, п.11,п.13, п.15 сечение Б-Б), а также оптический фильтр (Фиг.1, п.14 сечение Б-Б) заданных параметров, устанавливаемый в параллельном ходе лучей между объективом (Фиг.п.13) и объективом (Фиг.1 п.15). Объектив (Фиг.1 п.11) и объектив (Фиг.1 п.13) смонтированы на одной оптической оси, их оптические лучи сходятся в фокусе полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12) расчетного диаметра. В фокальной плоскости объектива (Фиг.1, п.15) установлен сенсор (Фиг.1, п.16) чувствительный к оптическому излучению активного элемента лазера (Фиг.1, п.20).The optical-mechanical shutter (Q-switch) with the switch function (OMZ-K) represents a single assembled unit (Fig. 1), in which on the rotating part (Fig. 1, p. 10), mounted on the rotor of the electric motor (Fig. 1, p. 17, not shown), the prefabricated prism (Fig. 1, p. 1, 2, 3) and a shutter (Fig. 1, p. 4) are structurally fixed. The combined prism consists of two rectangular prisms Ar90 (Fig. 1, p. 1, p. 3), fixed by hypotenuse faces on the inclined faces of the third rhombus-prism (Fig. 1, p. 2), with a calculated plane-parallel gap between these faces. The axis of rotation of the assembled prism on the rotating part OM3-K is oriented to the center of one of the two inclined faces of the rhombus-prism (Figure 1, position 1, section AA). The obturator (Fig. 1, item 4), mounted on the rotating part of the electric motor, has two cutouts on the edge of the obturator disk (Fig. 1, item a, b). Each cutout is oriented relative to one of the two positions of the prefabricated prism (Figure 1. Position 1, Position 2). On the fixed housing OMZ-K (Fig. 1 p. 9), angular position sensors (Fig. 1, p. 7) of the engine rotor are installed, which interact with the sensor (Fig. 1, p. 8), mounted on the rotating part of the structure ( Figure 1, p. 10). Translucent coatings of specified parameters are applied to the end face legs of Ar90 prisms mounted on a rhombus prism (Fig. 1, p. 18). On the lateral fixed part of the OMZ-K body, a structure consisting of the Ar90 prism is fixed (Figure 1, item 5, section BB), lenses (Fig. 1, item 11, item 13, item 15, section B-B), as well as an optical filter (Fig. 1, item 14, section B-B) predetermined parameters, installed in a parallel beam path between the lens (Fig. 13) and the lens (Fig. 1 p. 15). The lens (Figure 1, item 11) and the lens (Figure 1, item 13) are mounted on the same optical axis, their optical rays converge at the focus of the field diaphragm (Figure 1, item 12) of the calculated diameter. In the focal plane of the lens (Fig. 1, p. 15), a sensor (Fig. 1, p. 16) is installed that is sensitive to the optical radiation of the active element of the laser (Fig. 1, p. 20).
Плоскость обтюратора (Фиг.1 п.4), закрепленного на вращающейся части электродвигателя, пересекает общую фокусную плоскость объектива (Фиг.1, п.11 сечение Б-Б) и объектива (Фиг.1, п.13, сечение Б-Б), на заданным расстояние от полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12).The plane of the obturator (Fig. 1 p. 4), mounted on the rotating part of the electric motor, intersects the common focal plane of the lens (Fig. 1, p. 11 section BB) and lens (Fig. 1, item 13, section BB),at a given distance from the field diaphragm (Figure 1 p.12).
Аналогичная конструкция (Фиг.1, сечение В-В) закреплена на неподвижном корпусе ОМЗ-К, состоящая из призмы Ар90 (Фиг.1, п.6,), объективов (Фиг.1, п.11, п.13, п.15 сечение В-В), ), а также оптический фильтр (Фиг.1, п.14, сечение В-В) заданных параметров, устанавливаемый в параллельном ходе лучей между объективом (Фиг.п.13, сечение В-В) и объективом (Фиг.1 п.15, сечение В-В). Объектив (Фиг.1 п.11, сечение В-В) и объектив (Фиг.1 п.13, сечение В-В) смонтированы на одной оптической оси, их оптические лучи сходятся в фокусе полевой диафрагмы (Фиг.1 п.12, сечение В-В) расчетного диаметра. В фокальной плоскости объектива (Фиг.1,п.15, сечение В-В), установлен сенсор (Фиг.1, п.16, сечение В-В), чувствительный к оптическому излучению активного элемента лазера (Фиг.1, п.20).A similar design (Figure 1, section B-B) is mounted on a fixed housing OMZ-K, consisting of a prism Ar90 (Figure 1, item 6,), lenses (Figure 1, item 11, item 13, item .15 section B-B),), as well as an optical filter (Fig. 1, item 14, section B-B) set parameters, installed in a parallel path between the lens (Fig. 13, cross-section B-B) and the lens (Fig. 1 p. 15, cross-section B-B). The lens (Fig. 1 p. 11, section B-B) and the lens (Fig. 1 p. 13, section B-B) mounted on one optical axis, their optical rays converge at the focus of the field diaphragm (Fig. 1 p. 12, section BB) design diameter. In the focal plane of the lens (Fig. 1, item 15, section B-B), a sensor is installed (Fig. 1, item 16, section B-B), sensitive to optical radiation of the active element of the laser (Figure 1, p. 20).
Плоскость обтюратора (Фиг.1 п.4), закрепленного на вращающейся части электродвигателя, пересекает общую фокусную плоскость объектива (Фиг.1 п.11, сечение В-В) и объектива (Фиг.1 п.14, сечение В-В), на заданном расстоянии от полевой диафрагмы (Фиг.1, п.12, сечения В-В). Устройство накачки лазера (Фиг.1, сечение А-А, п.19) взаимодействует с данным активным элементом лазера (Фиг.1, п.20) в режиме импульсного излучения. Блок питания (Фиг.2, п.22) и процессор (Фиг.2, п.23) входят в комплект ОМЗ-К (Фиг.2).The plane of the obturator (Figure 1 p. 4), mounted on the rotating part of the electric motor, intersects the common focal plane of the lens (Figure 1 p. 11, section B-B) and the lens (Figure 1 p. 14, section B-B) , at a predetermined distance from the field diaphragm (Figure 1, p. 12, section BB). The laser pumping device (Figure 1, section AA, p. 19) interacts with this active element of the laser (Fig. 1, p. 20) in the pulsed radiation mode. The power supply (Figure 2, item 22) and the processor (Figure 2, item 23) are included in the OMZ-K kit (Figure 2).
Оптико-механический затвор (модулятор добротности) с функцией коммутатора работает следующим образом.The optical-mechanical shutter (Q-switch) with the switch function works as follows.
Известно, что все импульсно-периодические лазеры содержат оптический резонатор, который образован выходным полупрозрачным зеркалом, параллельным глухому зеркалу и помещенным между ними на общей оптической оси, активным элементом лазера. Выходным полупрозрачным зеркалом в данном изобретении являются две катетные грани призм Ар90 (Фиг.1, п.18, положение 1, положение 2, сечение А-А). На эти катетные грани нанесены полупрозрачные покрытия с заданным коэффициентом пропускания и отражения (Фиг.1 п.18). Призмы Ар90 (Фиг.1, п.1; п.3, сечение А-А) закреплены гипотенузными гранями на ромб-призме (Фиг.1, п.2, сечение А-А) с расчетным плоскопаралельным зазором. При вращении сборной призмы (Фиг.1, п. 1, 2, 3, сечение А-А) по стрелке (Фиг.1), катетные грани призм Ар90 попеременно совпадают, строго параллельно, с плоскостью глухого зеркала (Фиг.1, п.21, сечение А-А), образуя модулятор добротности. Для импульсного излучения лазера необходимо создать условия максимальной добротности, при которых инверсионная населенность активного элемента лазера была на заданном уровне, а одна из катетных граней призм Ар90 с полупрозрачным покрытием (Фиг.1, п.18) в сборной призмы (Фиг.1, п.1; 2; 3) была параллельна глухому зеркалу (Фиг.1, п.21). В устройстве ОМЗ-К команда в блок накачки лазера (Фиг.1, п.19), для создания заданного уровня инверсионной населенности активного элемента лазера, выдается процессором (Фиг.2, п.23) с учетом данных, полученных от датчиков углового положения ротора (Фиг.1, п.7, 8, сечение Б-Б). При этом скорости вращения рассчитываются в процессоре так, чтоб команда для создания оптимальной инверсионной населенности в активном элементе лазера была в момент максимальной добротности, для импульсного излучения лазера за счет расчетного коэффициента отражения катетной грани призмы Ар90 (ФИГ.1, положение а или положение b, сечение А-А) и глухого зеркала (Фиг.1 п.21).It is known that all pulse-periodic lasers contain an optical resonator, which is formed by the output translucent mirror parallel to the deaf mirror and placed between them on the common optical axis by the active element of the laser. The output translucent mirror in this invention are the two leg faces of the Ar90 prisms (Fig. 1, p. 18, position 1, position 2, section AA). Translucent coatings with a predetermined transmittance and reflection coefficient are applied to these side faces (FIG. 1, p.18). Prisms Ar90 (Fig. 1, p. 1; p. 3, section AA) are fixed by hypotenuse faces on a rhombus-prism (Fig. 1, p. 2, section AA) with a calculated plane-parallel gap. When the team prism (Fig. 1, p. 1, 2, 3, section AA) rotates in the direction of the arrow (Fig. 1), the cathete faces of the Ar90 prisms alternately coincide, strictly parallel, with the plane of the deaf mirror (Fig. 1, p .21, section AA), forming a Q-factor modulator. For pulsed laser radiation, it is necessary to create conditions of maximum figure of merit under which the inversion population of the active element of the laser was at a given level, and one of the leg faces of the Ar90 prisms with a translucent coating (Fig. 1, p. 18) in the assembled prism (Fig. 1, p .1; 2; 3) was parallel to the blind mirror (Fig. 1, item 21). In the OMZ-K device, a command to the laser pumping unit (Fig. 1, p. 19), to create a given level of inversion population of the active element of the laser, is issued by the processor (Fig. 2, p. 23) taking into account the data received from the angle sensors the rotor (Fig. 1, p. 7, 8, section BB). In this case, the rotation speeds are calculated in the processor so that the command for creating the optimal inversion population in the active element of the laser is at the moment of maximum quality factor, for pulsed laser radiation due to the calculated reflection coefficient of the cathelet face of the prism Ar90 (FIG. 1, position a or position b, section AA) and a blind mirror (Fig. 1 p. 21).
Вместе с тем одновременность излучения лазера и перекрытия обтюратором (Фиг.1, п.4) полевой диафрагмы (Фиг.1, п.12, положение а или положение b) обеспечивает абсолютную защиту сенсоров (Фиг.1, п.16, сечение Б-Б,) и (Фиг.1, п.16, сечение В-В) от мощной засветки в момент излучения лазера в ОМЗ-К.However, the simultaneity of laser radiation and overlapping obturator (Figure 1, item 4) of the field diaphragm (Figure 1, item 12, positionbutor position b) provides absolute protection for the sensors (Figure 1, clause 16, section BB) and (Fig. 1, item 16, section BB) from high-power illumination at the time of laser radiation in OMZ-K.
Дальнейшее вращение сборной призмой (Фиг.1, п.1; 2; 3, положение 1, сечение А-А), закрепленной на роторе электродвигателя, по обозначенной стрелке на Фиг.1, нарушает условия полного внутреннего отражения гипотенузных граней призмы Ар90 и ромб-призмы. В этот же момент времени обтюратор (Фиг.1, п.4, сечение Б-Б) открывает полевую диафрагму (Фиг.1, п.12, сечение Б-Б) для прохождения излучения эхо-сигнала. Отраженное излучение лазера от объекта (эхо-сигнал, положение 1 сечение А-А), пройдя через сборную призму (Фиг.1, п.1; 2; 3), призму Ар90 (Фиг.1, п.5, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.11, сечение Б-Б), полевую диафрагму (Фиг.1, п.12, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.13, сечение Б-Б), оптический фильтер (Фиг.1, п.14, сечение Б-Б), объектив (Фиг.1, п.15, сечение Б-Б), попадает на сенсор приема эхо-сигнала излучения лазера (Фиг.1, п.16, сечение Б-Б), который находится в фокальной плоскости этого объектива.Further rotation of the assembled prism (Fig. 1, p. 1; 2; 3, position 1, section AA), mounted on the rotor of the electric motor, as indicated by the arrow in Fig. 1, violates the conditions for the total internal reflection of the hypotenous faces of the prism Ap90 and rhombus -prisms. At the same time, the obturator (Fig. 1, item 4, section BB) opens the field diaphragm (Figure 1, p. 12, section BB) to pass the echo radiation. The reflected laser radiation from the object (echo signal, position 1, section A-A), passing through the assembled prism (Figure 1, item 1; 2; 3), prism Ar90 (Figure 1, item 5, section B- B), lens (Fig. 1, item 11, section BB), field diaphragm (Figure 1, p. 12, section BB), lens (Fig. 1, item 13, section B-B), an optical filter (Figure 1, item 14, section B-B), lens (Figure 1, p. 15, section BB), hits the sensor receiving the echo signal of the laser radiation (Fig. 1, item 16, section B-B), which is in the focal plane of this lens.
Тот же алгоритм работы ОМЗ-К выполняется после поворота сборной призмы (Фиг.1, п.1; 2; 3, положение 2, сечение А-А) по стрелке (Фиг.1) на 180°, то есть на второе пространственное направление (Фиг.1, положение 2).The same OMZ-K operation algorithm is performed after the rotation of the combined prism (Fig. 1, p. 1; 2; 3, position 2, section AA) in the direction of the arrow (Fig. 1) by 180 °, i.e., in the second spatial direction (Figure 1, position 2).
Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена расширением эксплуатационных возможностей и снижением весогабаритных характеристик оптико-электронных систем с применением импульсных лазеров. Описанный оптико-механического затвор (модулятора добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора (ОМЗ-К) соответствует критерию промышленной применимости и может изготовляться на предприятиях оптико-механической промышленности.Technical and economic efficiency of the invention is due to the expansion of operational capabilities and the reduction of weight and size characteristics of optoelectronic systems using pulsed lasers. The described optical-mechanical shutter (Q-switch) for pulsed lasers with a switch function (OMZ-K) meets the criterion of industrial applicability and can be manufactured at the enterprises of the optical-mechanical industry.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148467/28A RU2516615C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148467/28A RU2516615C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2516615C1 true RU2516615C1 (en) | 2014-05-20 |
RU2012148467A RU2012148467A (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=50695588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148467/28A RU2516615C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2516615C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567399C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-11-10 | Юрий Васильевич Чжан | Optical-mechanical shutter (q-switch) for pulsed lasers with switch function and laser radiation wavelength converter (omz-kp) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986001347A1 (en) * | 1984-08-02 | 1986-02-27 | Hughes Aircraft Company | A co2 tea laser utilizing an intra-cavity prism q-switch |
RU2029239C1 (en) * | 1992-06-08 | 1995-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью - Предприятие "Микротест" | Device for orienting light beam |
US20040218637A1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-11-04 | Fanuc Ltd | Laser unit |
RU2239922C2 (en) * | 1998-03-20 | 2004-11-10 | Ривео, Инк. | Solid-state dye laser |
-
2012
- 2012-11-14 RU RU2012148467/28A patent/RU2516615C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986001347A1 (en) * | 1984-08-02 | 1986-02-27 | Hughes Aircraft Company | A co2 tea laser utilizing an intra-cavity prism q-switch |
RU2029239C1 (en) * | 1992-06-08 | 1995-02-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью - Предприятие "Микротест" | Device for orienting light beam |
RU2239922C2 (en) * | 1998-03-20 | 2004-11-10 | Ривео, Инк. | Solid-state dye laser |
US20040218637A1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-11-04 | Fanuc Ltd | Laser unit |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567399C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-11-10 | Юрий Васильевич Чжан | Optical-mechanical shutter (q-switch) for pulsed lasers with switch function and laser radiation wavelength converter (omz-kp) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012148467A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6852085B2 (en) | Photodetection and ranging systems with distributed lasers and multiple sensor heads, and pulsed lasers for photodetection and ranging systems | |
AU2017378869B2 (en) | Mirror assembly | |
CN206020665U (en) | The Differential Absorption Laser Radar System of composite light beam transmitting-receiving | |
JP2020508457A (en) | Sensor system and method | |
KR20200102900A (en) | Lidar device | |
RU2516615C1 (en) | Mechanical q-switch (quality switch) for pulse lasers with commutator function | |
EP3505813A1 (en) | Light module with scanning of light beam, in particular for a motor vehicle, provided with a reduced dimension focusing system, and lighting device for a motor vehicle comprising such a light module | |
CN103730825B (en) | A kind of long laser instrument of variable chamber of exempting from adjusting | |
WO2023003997A2 (en) | Lidar system with pulse-energy measurement | |
RU2352957C2 (en) | Optical radar of circular scan | |
CN203825196U (en) | Internal and external optical-path switching device of laser range finder | |
CN203658673U (en) | Horizontal type axicon lens laser module | |
RU2514162C1 (en) | Optical device | |
JP6709553B2 (en) | Three-dimensional laser light scanning device | |
US20140263222A1 (en) | Laser machining device for machining netted dots | |
RU2616935C1 (en) | Laser modulation device | |
RU2402125C2 (en) | Scanning laser | |
RU2002117370A (en) | SOLID LASER RADIATOR | |
RU2267733C2 (en) | Beam-rider guidance device of controlled plant | |
RU122529U1 (en) | LASER RADIATOR | |
RU2599918C1 (en) | Laser radiation frequency converter based on stimulated raman scattering | |
SU542222A1 (en) | Photoelectric converter angle of rotation of the shaft in the code | |
KR20240055522A (en) | Diffraction grating-based disturbing laser light source active protection apparatus | |
RU2554315C1 (en) | Solid-state pulse laser | |
SU204456A1 (en) | RING FOUR-CORNER OPTICAL QUANTUM GENERATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181115 |