DE3112504A1

DE3112504A1 - Optischer sender (laser)

Info

Publication number: DE3112504A1
Application number: DE19813112504
Authority: DE
Inventors: Willibald Ing.(Grad.) Dost; Werner Dipl.-Phys. Dr. Falkenstein; Ludger Ing.(grad.) 8032 Eichenau Grage; Raimund Ing.(grad.) 8000 München Reiter
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1981-03-30
Publication date: 1982-03-18

Description

Optischer Sender (Laser)
Die Erfindung betrifft einen optischen Sender (Laser), insbesondere für einen Laserentfernungsmesser, mit einem eine Pumplichtquelle, einen Pumplichtreflektor und einen Laserresonator mit einem stimulierbaren Medium umfassenden Sendekopf.
Lasersender werden generell ganz speziell auf die Eigenschaften des zu verwendenden aktiven Materialshin entwickelt. Dementsprechend werden auch, abhängig insbesondere vom verwendeten aktiven Material, unterschiedliche Güteschaltvorrichtungen eingesetzt. So wird z.B. für Nd:YAG-Kristalle bei Systemen mit geringer Wiederholfrequenz üblicherweise ein Farbstoffschalter in flüssiger Form oder in Form einer transparenten Kunststoffolie zur passiven Güteschaltung und bei höherer Impulsfolge (ca.> 1Hz) eine Pockelszelle als aktiver Güteschalter verwendet. Bei anderen aktiven Materialien, z.B. bei Rubin- oder Nd:Glas-Stäben wird im allgemeinen eine Drehspiegel- oder DrehprismengUteschaltung verwendet, da der geringere Wirkungsgrad des Materials keine zusätzlichen Resonatorverluste z.B. infolge von Absorption, Streuung oder Reflexion z.B. an einer Kunststoffolie erlaubt. Das gleiche gilt bei Verwendung von Lasermaterial, bei dem andere Ionen zur Dotierung vorgesehen sind, z.B. Erbium- oder Holmium-Ionen, deren Emission in anderen Wellenlängenbereichen liegt.
Für diese Wellenlängenbereiche von 1,4 bis 2,2 pm bei mit Erbium- oder Holmium-Ionen dotierten Lasermaterialien gibt es derzeit noch keine Farbstoffe zur passiven Güteschaltung. So können für derartige Laser derzeit nur Drehspiegel- oder Drehprismengüteschalter oder - bei Verwendung eines LiNbO3-Kristalles - eine Pockelszelle als Güteschalter angewandt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sender (Laser) zu schaffen, bei welchem dem jeweils verwendeten aktiven Lasermaterial entsprechende, unterschiedliche Güteschalter, d.h. sowohl ein Farbstoffschalter zur passiven Güteschaltung als auch aktive Güteschalter wie Drehspiegel, Drehprismen oder Pockelszellen verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen Sender (Laser) der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sendekopf als selbständige modulare Baueinheit ausgebildet ist und daß zur wahlweisen Verwendung eines Farbstoffschalters zur passiven Güteschaltung oder eines aktiven Güte schalters der Farbstoffschalter auswechselbar in den Sendekopf einsetzbar und der aktive Güteschalter als selbständige modulare Baueinheit ausgebildet und auswechselbar an der dem Farbstoffschalter gegenüberliegenden Seite des Sendekopfes ansetzbar ist.
Ein erfindungsgemäßer optischer Sender ist damit so aufgebaut, daß durch Auswechseln der Güteschaltvorrichtungen beliebige Festkörperlasermaterialien verwendet werden können. Je nach verwendetem aktivem Lasermaterial und Anwendungsfall kann der Sendekopf im Spike-Betrieb, im passiv gütegeschalteten Betrieb mit Farbstoffschalter oder bei aktiver Güte schaltung mit einem Drehspiegel, einem Drehprisma sowie einem Pockelszellen-Modul betrieben werden. Dies ist ohne große Veränderungen mit ein und demselben Laseraufbau möglich.
So kann bei einem erfindungsgemäßen optischen Sender z.B.
mit einem Nd:YAG-Stab oder einem YAlO3-Laser einmal der Farbstoffschalter zur passiven Güteschaltung verwendet werden. Bei diesen Lasermaterialien kann jedoch auch ein Drehprisma oder ein Drehspiegel oder eine Pockelszelle zur aktiven Güteschaltung eingesetzt werden, indem der auswechselbare Farbstoffschalter entfernt und statt dessen das den aktiven Güte schalter beinhaltende Modul an den Sendekopfmodul angesetzt wird. Diese Art der Güteschaltung hat nun den Vorteil, daß sie außerdem auch noch für beliebige andere, vor allem billigere Lasermaterialien, z.B. Nd-Glasstäbe und insbesondere Festkörperlaser, die in einem augenunschädlichen Wellenlängenbereich emittieren, geeignet ist, z.B. für Erbium-oder Holmium-dotierte Materialien. Es ergibt sich somit der Vorteil einer Wellenlängenunabhängigkeit und damit die Möglichkeit, bei ein und demselben Laseraufbau in verschiedenen Wellenlängenbereichen zu arbeiten oder bei annähernd gleicher Wellenlänge verschiedene Lasermaterialien einzusetzen. Letzteres ist insbesondere im Zeichen einer weltweiten Verknappung z.B. von YAG-Stäben von großem Vorteil, da man dann je nach Bedarf auf ein anderes Festkörperlasermaterial ausweichen kann.
Ein weiterer Vorteil liegt schließlich noch in dem modularen Aufbau des Lasers, der den Wechsel zwischen passiver und aktiver Güte schaltung wesentlich erleichtert.
In gewissen Fällen kann es bei einem erfindungsgemäßen optischen Sender zur besseren Anpassung an unterschiedliche Pumpbanden des aktiven Materials zweckmäßig sein, außer der Güteschaltvorrichtung auch den Pumplicht-Reflektor auszuwechseln.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Senders ist der aktive Güteschalter zwischen dem Sendekopf und einem bei Verwendung eines passiven Güteschalters unmittelbar an den Sendekppf ansetzbaren, als selbständige modulare Baueinheit ausgebildeten Zündtransformator für die Pumplichtquelle angeordnet. Damit ist ein opti- scher Sender aus drei modularen selbständigen Einheiten aufgebaut, wodurch eine besonders vorteilhafte und leicht zu handhabende Bauweise realisiert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den Merkmalen der übrigen Unteransprüche angegeben.
Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt im Schnitt einen optischen Sender mit passiver Güteschaltung, in Fig. 2 ist ebenfalls im Schnitt derselbe optische Sender mit aktiver Güteschaltung dargestellt, während die Fig. 3 teils im Schnitt einen Ausschnitt einer Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 2 zeigt.
Der Lasersender nach Fig. 1 ist in seiner niedrigsten AusbaustuSe aus zwei modularen Baueinheiten aufgebaut, nämlich aus einem Sendekopf 1 mit einem Pumpsystem, welches eine Blitzlampe 2, einen an einem Ende total verspiegelten Laserstab 3 z.B. aus Nd-YAG, eine Pumplicht-Reflektorkammer 4, einen Auskoppelspiegel 5 und einen Farbstoffschalter z.B. in Form einer Kunststoffolie 6 mit eingelagertem Farbstoff zur passiven Güteschaltung enthält, sowie aus einem modularen als selbständige Baueinheit ausgebildeten Impulstransformator 7 zum Zünden der Blitzlampe 2. Der Impulstransformator ist an der dem passiven Güteschalter gegenüberliegenden Stirnseite des Sendekopfes 1 befestigt und besteht aus einem z.B.
in Epoxydharz als spannungsfester Isolation vergossenen Ringbandkern 8,der so umgossen ist, daß er einen freien Innenraum als zentrale Aufnahme 9 für eine in einer Isolierhülse 23 gehaltene Fassung 10 für die Blitzlampe 2 aufweist. Die Fassung 10 dient zur Kontaktierung der einen Elektrode der Blitzlampe und ist mit einem Gewindestift 11 in eine in das Epoxydharz eingelagerte Gewindebuchse 12 geschraubt. Mit dieser Ausbaustufe können Lasersender realisiert werden, die den Einsatz von Farbstoffschaltern zur passiven Güteschaltung gestatten. Sollen jedoch Lasersender mit aktiver Güteschaltung realisiert werden. z.B. mit einem Drehspiegel, einem Drehprisma oder einer Pockelszelle, welche einen total reflektierenden Spiegel, einen elektrooptischen Kristall und einen Polarisator beinhaltet, so wird die Grundausbaustufe nach Fig. 1 nach dem Entfernen des auswechselbaren passiven GEteschalters,der z.B. auch aus einer Küvette mit in einer geeigneten Flüssigkeit gelöstem Farbstoff bestehen kann, durch Einsetzen eines modularen, den aktiven Güteschalter beinhaltenden Bausteines 13 erweitert (Fig. 2 und 3).
Dieser wie der Sendekopf 1 ebenfalls als selbständige modulare Baueinheit ausgebildete Baustein 13 umfaßt ein seitlich offenes Gehäuse und wird zwischen dem Sendekopf 1 und dem Impulstransformator 7 eingesetzt und mit diesen beiden modularen Bausteinen zu einer abgedichteten Einheit verschraubt. Der dadurch entstehende größere Abstand der Blitzlampe 2 zu ihrer Fassung im Impulstransformator 7 wird durch eine aus Isoliermaterial bestehende Fassungsverlängerung 14 in einfacher Weise ausgeglichen. Die Verbindung zur Gewindebuchse 12 geschieht in gleicher Weise wie bei der Fassung 10 nach Fig. 1. Im Güteschalterbaustein 13 ist ein zum Laserstab einstellbarer Motor 15 befestigt. An'der Welle 16 des Motors 15 ist ein Drehprisma 17 angesetzt, dessen Ein- bzw. Austrittsfläche senkrecht zur Achse 19 des Laserstabes 3 ges achtet ist. Das Prisma 17 dreht sich mit entsprechender Geschwindigkeit. Die Steuerung des Laserimpulses erfolgt über eine verstellbare Diode 20, die ihrerseits z.B, durch eine Markierung 21 eines Flansches 22 der Motorwelle gesteuert wird.
.den Bei dem in/Fig. 1 bis 3 dargestellten Laseraufbau sind nun folgende Betriebsarten möglich: 1) Normalimpuls- oder Spike-Betrieb mit einem laseraktiven Material, einem Auskoppelspiegel und einem auf ein Stabende aufgedampften total reflektierenden Spiegel 2) Passive Güteschaltung mit einem laseraktiven Material, einem passiven Güteschalter, einem Auskoppelspiegel und einem auf ein Stabende aufgedampften total reflektierenden Spiegel 3) aktive Güteschaltung mit einem laseraktiven Material, einem Auskoppelspiegel und einem Drehprisma oder einem Drehspiegel als Güteschalter, wobei die letztgenannten Elemente gleichzeitig als total reflektierender Spiegel dienen 4) aktive Güteschaltung mit einem laseraktiven Material, einem Auskoppelspiegel, einer Pockelszelle als Güteschalter mit total reflektierendem Spiegel.
Dabei können weitgehendst ohne Veränderung des Laseraufbaus verschiedene Lasermaterialien eingesetzt werden.
10 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

PatentansDrüche Optischer Sender (Laser), insbesondere für einen Laserentfernungsmesser, mit einem eine Pumplichtquelle, einen Pumplicht-Reflektor und einen Laserresonator mit einem stimulierbaren Medium umfassenden Sendekopf, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sendekopf (1) als selbständige modulare Baueinheit ausgebildet ist und daß zur wahlweisen Verwendung eines Farbstoffschalters zur passiven Güteschaltung oder eines aktiven Güteschalters der Farbstoffschalter auswechselbar in den Sendekopf (1) einsetzbar und der aktive Güteschalter als selbständige modulare Baueinheit (13) ausgebildet und auswechselbar an der dem Farbstoffschalter gegenüberliegenden Seite des Sendekopfes (1) ansetzbar ist.
2. Optischer Sender nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der aktive Güteschalter aus einer einen total reflektierenden Spiegel, einen elektrooptischen Kristall und einen Polarisator beinhaltenden Pockelszelle besteht.
3. Optischer Sender nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der aktive Güteschalter mit einem von einem Elektromotor (15) angetriebenen Drehprisma (17) oder Drehspiegel ausgebildet ist.
4. Optischer Sender nach Anspruch3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Drehprisma (17) oder der Drehspiegel in seiner Position in Bezug auf das stimulierbare Medium (3) einstellbar in dem aktiven Güteschalter angeordnet ist.
5. Optischer Sender nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g. e k e n n z e i c h n e t , daß das Drehprisma (17) oder der Drehspiegel des aktiven Güteschalters mit seiner Ein- bzw. Austrittsfläche (18) senkrecht zur Achse (19) des stimulierbaren Mediums (3) angeordnet ist.
6. Optischer Sendervnach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drehachse des Drehprismas (17) senkrecht zur Dachkante des Prismas gerichtet ist.
7. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , daß bei Verwendung des aktiven Güteschalters zur Steuerung des Laserimpulses eine verstellbar angeordnete Diode (20) vorgesehen ist, welche ihrerseits mittels einer mit der Drehung des Drehprismas (17) oder des Drehspiegels in Bezug stehenden Referenzmarkierung (21) steuerbar ist.
8. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der aktive Güteschalter (13) zwischen dem Sendekopf (1) und einem bei Verwendung eines passiven Güteschalters unmittelbar an den Sendekopf ansetzbaren, als selbständige modulare Baueinheit (7) ausgebildeten Zündtransformator für die Pumplichtquelle (2) angeordnet ist.
9. Optischer Sender nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß der Farbstoffschalter mit einer Kunststoffolie (6) mit eingelagertem Farbstoff ausgebildet ist.
10. Optischer Sender nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek en n z e i c h n e t , daß der Farbstoffschalter aus einer Küvette mit in einer geeigneten Flüssigkeit gelöstem Farbstoff besteht.