DE2105480A1

DE2105480A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen

Info

Publication number: DE2105480A1
Application number: DE19712105480
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 8033 Krailling; Hundeishausen Ulrich von Dr. 8000 München. P HOIs 3-20 Baues
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-05
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1972-08-17
Also published as: IT947215B; GB1333892A; FR2124303A1; DE2105480C3; LU64719A1; FR2124303B1; BE778993A; DE2105480B2; NL7201426A

Description

Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von reproduzierbaren und stellen laser-Riesenimpulsen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Ries enimpulsen mittels eines einen optischen Güteschalter und eine Rückkopplungsschaltung enthaltenden Lasers.

Die bisher am meisten verwendeten optischen Güteschalter für Riesenimpulslaser arbeiten mit Pockelszellen, die hohe Schaltspannungen von mindestens 3 kV benötigen. Daraus resultieren lange Umschaltzeiten, die die Zeitkonstante der Anstiegsflanke des Riesenimpulses vergrößern. Der Abstand zwischen Zündimpuls und Lichtimpuls der Blitzlampe ist Schwankungen unterworfen, so daß die Laser-Riesenimpulse unterschiedliche Energy enthalten, wenn der UmsehaltZeitpunkt des Güteschalters aus dem Zündimpulszeitpunkt der Blitzlampe abgeleitet wird. Ein weiterer lachteil ergibt sich daraus, daß die Lichtausbeute mit höherem Alter der Lampe schlechter wird, wodurch die Höhe der Riesenimpulse zurückgeht. Außerdem verursachen unterschiedliche Eigenschaften von Lampe zu Lampe und Unregelmäßigkeiten bei der Stromversorgung weitere Schwankungen der Impulshöhe. Kommen hierzu noch thermisch bedingte Änderungen der vorhandenen Fabry-Perot-Effekte, so entstehen daraus weitere Unregelmäßigkeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von Laser-Riesenimpulsen mittels eines einen optischen Güteschalter und eine Rückkopplungs-Söhaltung enthaltenden Lasers anzugeben, womit reproduzierbare unä energiegleiche j steile Laser-Riesenimpulse erzeugt werden können»

Zur Iiö,:ii.m£ di·-:;

fgabe wird vorgeschlagen, daß zum Zeit-

punkt der Erreichung der Schwellwertbesetzung des aktiven Materials ein aus dem Inneren des optischen Resonators ausgekoppeltes Signal der Rückkopplungsschaltung zugeführt wird, die den optischen. Schalter betätigt und auf hohe Güte umschaltet, ι

Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht vorzugsweise aus einem aktiven Material in Stabforin, insbesondere einem Festkörpermaterial, das in einem optischen Resonator angeordnet ist, einer Pumpanordnung und einem den optischen Resonator im gescHossenen Zustand sperrenden optischen Güteschalter mit einer Rückkopplungs schaltung, wobei die Rückkopplungs schaltung aus einer Fotodiode, die über ein Anpassungsnetzwerk mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, bestehl; und wobei der Hochspannungsgenerator mit den Elektroden des optischen Güteschalters verbunden ist und von der Fotodiode gesteuert wird.

Vorteilhafterweise wird die Fotodiode so angeordnet, daß sie das vom aktiven Material nach Erreichen des Schwellwertzustandes ausgesandte Signal durch Reflexion an jeder im Resonator enthaltenen Brewsterflache, z.B. am optischen Güteschalter empfängt».

Der optische Güteschalter besteht vorzugsweise aus einem den elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristall.

Vorzugsweise ist das elektrooptische Material LiNbO.*.

Der elektrooptische Kristall wird vorteilhafterv/eise mit unter dem Brewsterwinkel zur Lichtstrahlrichtung angeordneten Flächen versehen, so daß kein "Polarisator im optischen Resonator des lasers erforderlich ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, sowie der Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, ergeben sich steile Riesenimpulse mit reproduzierbaren Anstiegsflanken und Impulsspitzen. Die Zeitk02istante des Impulsanstiegs liegt in der Größenordnung von

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1 nsee. Da diese Impulse unabhängig von Störungen durch Alterung, Stromversorgung, sowie Auswechslung der Blitzlampe sind, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung für die Anwendung in einem optischen Entfernungsmesser und für die Impulsholografie. !

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figur näher erläutert werden.

1 "bezeichnet das aktive Material, beispielsweise einen YAG-Stab, das zusammen mit einem optischen Güteschalter 2, beispielsweise einem LiKTbO-,-Kristall, im optischen Resonator angeordnet ist, der aus den beiden Spiegeln 3 und 4 besteht. Die Anordnung eines Polarisators im optischen Resonator erübrigt sich, da die dem optischen Güteschalter zugewandte Endfläche des aktiven Materials, sowie die beiden vom Lichtstrahl, der hier gestrichelt gezeichnet ist, durchsetzten Flächen des elektrooptischen Kristalls unter dem Brewsterv/inkel zur Lichtstrahlrichtung angeordnet sind. Durch diese Anordnung von Flächen unter dem Brewsterwinkel werden Fabry-Perot-Effekte vermieden, die infolge Temperaturänderungen eine unterschiedliche Güte des optischen Resonators im offenen Zustand bewirken können. 5 stellt eine Fotodiode dar, die über ein Anpassungsnetzwerk 6 mit einem Hochspannungsgenerator 7 verbunden ist, der wiederum mit den beiden Elektroden, die zur Transmissionsänderung des Güteschalters 2 dienen, verbunden ist.

Die ViTirkungsweise der Anordnung ist die folgende: Das aktive Material 1 wird im gesperrten Zustand des optischen GutetSehalters 2 von einer, hier nicht gezeigten optischen Pumpanordnung gepumpt. Das Material erreicht dann nach einiger Zeit die Scii^ellv/ertbesetsung und es baut sich eine Las er schwingung aiii, Das Anschwingen des Lasers im gesperrten Zustand des optischei Güteschalters wird von der Fotodiode registriert, da die Fotodiode so angeordnet ist, daß sie das auf eine der Brewsterflachen, S₄B. des Güte3chalters, fallende und von dieser durch Reflexion

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auagekoppelte licht empfängt. Das daraus resultierende Signal wird über ein Anpassungsnetzwerk 6 einem Hochspannungsgenerator

7 zugeführt, der den optischen Güteschalter betätigt und den optischen Resonator auf hohe Güte umschaltet. Nach dem Umschalten kann die Fotodiode kein Licht mehr empfangen, da im ge- ! t>ffenten Zustand an den Brewsterflächen keine Reflexion auftritt.

Aus einer Abschätzung für die Leistungsverstärkung erhält man eine Nettoverstärkung pro Umlauf von 6,5. Die gesamte Leistungsverstärkung pro Umlauf bei einer Auskopplung von 20 $ ergibt sich daraus zu etwa 8. Mit diesem Wert beträgt bei einem 50 cm langen laser mit YAG-Stab von 5 cm Länge und 6 mm Durchmesser die Zeitkonstante der Anstiegsflanke des Riesenimpulses etwa 1,8 nsec. Der Impuls selbst ist etwa 15 nsec lang und erreicht in der Spitze etwa die Leistung von 200 kW. Eine schnelle Umschaltzeit des optischen Güteschalters resultiert aus der niederen HaIbwellenspannung, die bei einem LiNbO.,-Kristall von 30 mm Länge, quadratischem Querschnitt und 20 pF Kapazität etwa 500 Y beträgt.

Die aus der Leistungsverstärkung pro Umlauf von 8 resultierende · Zeitkonstante von 1,8 nsec kann noch verkürzt werden, wenn bei Benutzung von kräftigen Blitzlampen weitere brechende Flächen unter dem Brewsterwinkel "in den Resonator eingebracht oder aber für die Elemente im Resonator (Laserstab, Schalter) Materialien mit höherem Brechungsindex benutzt werden. Dadurch tritt eine höhere Sperrwirkung und infolgedessen eine größere Überbesetzung im Umschaltzeitpunkt auf, die eine "Verkürzung der Zeitkonstanten des Impulsanstiegs zur Folge hat.

Für Blitzlampen, die eine Leistungsverstärkung pro Umlauf von

8 nicht erreichen, muß die Sperrwirkung des Güteschalters verringert werden. Die Verringerung der Sperrwirkung des Schelters erfolgt im allgemeinen durch eine Verkleinerung der Anzahl der brechenden Flächen unter dem Brewsterwinkel. Man kann z.B. die dem aktiven Material abgewandte Seite des LiNbO,-Kristails senkrecht zur Stabachse abschneiden und direkt einen dielektrische!

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laserspiegel aufdampfen. Eine weitere Möglichkeit, die Sperrwirkung zu verringern, "besteht darin_s den LiNbO .,-Schalter nur mit einem Teil der vollen Schaltspannung zu "betreiben.

Es ist auch möglich, die vorgeschlagene Anordnung in Kombination mit einem Dauerstrichlaser zu betreiben. Infolge der Rückkopplung des Güteschalters über die Fotodiode entsteht dann in der Emission eine Impulskette, die bei der PuIs-Code-Modnlation Anwendung finden kann.

6 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

1.!Verfahren ssur Erzeugung von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen mittels eines einen optischen Güteschalter und eine Rückkopplungsschaltung enthaltenden Lasers, dadurch gekennzeichnet , daß zum Zeitpunkt der Erreichung der Schwellwertbesetzung des aktiven Materials ein aus dem Inneren des optischen Resonators ausgekoppeltes Signal der Rückkopplungsschaltung zugeführt wird, die den optischen Schalter betätigt und auf hohe Güte umschaltet.

2. Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen nach dem Verfahren nach Anspruch 1, bestehend aus einem aktiven Material in Stabform, insbesondere Pestkörpermaterial, das in einem optischen Resonator angeordnet ist, einer Pumpanordnung und einem den optischen Resonator im geschlossenen Zustand sperrenden optischen Güteschalter mit einer Rückkopplungs schaltung, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückkopplungs schaltung aus einer Fotodiode, die über ein Anpassungsnetzwerk mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, besteht, wobei der Hochspannungsgenerator mit den Elektroden des optischen Güteschalters verbunden ist und von der Sotodiode gesteuert wird.

3. Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fotodiode so angeordnet ist, daß sie das vom aktiven Material nach Erreichen der- Schwellwertbesetzung ausgesandte Signal durch Reflexion an einer der Brewsterflächen, vorzugsweise am optischen Güteschalter, eepfängt.

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4. Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , daß der optische Güteschalter aus einem den elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristall "besteht.

5. Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß der elektrooptische Kristall aus besteht.

6. Anordnung zum Erzeugen von reproduzierbaren und steilen Laser-Riesenimpulsen nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der elektrooptisch^ Kristall als auch das aktive Material mit unter dem Brewsterwinkel zur- Lichtstrahlrichtung angeordneten Flächen versehen sind, so daß kein Polarisator im optischen Resonator des Lasers erforderlich ist.

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