CS248378B1

CS248378B1 - Impulse laser wiring with passive modulation of the optical resonator quality factor

Info

Publication number: CS248378B1
Application number: CS233985A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Rohlicek; Jaromir Barhon
Original assignee: Frantisek Rohlicek; Jaromir Barhon
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Řešení se týká zapojení Impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru. Vynález řeší způsob zamezení generace dalších nežádoucích impulsů výstupního záření impulsního laseru, které vznikají při zvyšování napětí na pracovním kondenzátoru. Podstatou vynálezu je, že k pracovnímu kondenzátoru /7/ je připojen spínací prvek /14/ spojený přes zesilovač /13/ s fotodiodou /12/, opticky vázanou s polopropustným zrcadlem optického rezonátoru impulsního laseru. Snímaným výstupním zářením z polopropustného zrcadla /4/ je prostřednictvím spínacího prvku /14/ vybíjen zbývající náboj pracovního kondenzátoru /7/ bezprostředně po vygenerování prvního impulsu výstupního záření. Vynálezu může být využito v těch aplikacích, kde je generace dalších impulsů výstupního záření impulsního laseru na závadu.The solution concerns the connection of a pulsed laser with passive modulation of the quality factor of the optical resonator. The invention solves a method of preventing the generation of additional unwanted pulses of output radiation of a pulsed laser, which arise when the voltage on the working capacitor is increased. The essence of the invention is that a switching element /14/ is connected to the working capacitor /7/, connected via an amplifier /13/ with a photodiode /12/, optically coupled to the semi-transparent mirror of the optical resonator of the pulsed laser. The output radiation sensed from the semi-transparent mirror /4/ discharges the remaining charge of the working capacitor /7/ via the switching element /14/ immediately after the generation of the first pulse of output radiation. The invention can be used in those applications where the generation of additional pulses of output radiation of the pulsed laser is a defect.

Description

Vynález se týká zapojení impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a pulse laser with passive modulation of an optical resonator quality factor.

Podstatnými částmi dosud známých impulsních laserů s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru jsou: optický rezonátor se soustavou rovinných nebo sférických zrcadel, případně odrazných hranolů, výbrus z aktivního materiálu. Impulsní budicí výbojka napájená z pracovního kondenzátoru a dále zařízení pro pasivní modulaci jakosti optického rezonátoru, které obvykle ve formě kapalného nebo pevného roztoku vhodného barviva vnáší do optického rezonátoru absorpční ztráty, jejichž velikost závisí na stupni zesílení dosaženého v aktivním materiálu.The essential parts of the previously known impulse lasers with passive modulation of the quality factor of the optical resonator are: an optical resonator with a set of planar or spherical mirrors, or reflective prisms, a cut of active material. A pulsed excitation lamp powered by a working capacitor, and an apparatus for passively modulating the quality of the optical resonator, which, in the form of a liquid or solid solution of a suitable dye, imparts absorption losses to the optical resonator depending on the degree of amplification achieved in the active material.

Známé uspořádání impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru je schématicky vyobrazeno na obr. 1. Optický rezonátor je tvořen polopropustným zrcadlem, totálně odrazným zrcadlem a dále pasivním modulátorem z fólie trlacetátu celulózy přibarvené organickým barvivém bis/4-dimetylamino-ditiobenzil/nikl.The known pulse laser arrangement with passive modulation of the optical resonator quality factor is shown schematically in FIG. 1. The optical resonator comprises a semipermeable mirror, a totally reflective mirror, and a passive modulator of cellulose triacetate film dyed with organic dye bis / 4-dimethylamino-dithiobenzil / nickel.

V budicí dutině je umístěn další prvek optického rezonátoru, válcový výbrus z aktivního materiálu, obvykle rubínu nebo hllnitoittritého granátu, s dotací ionty neodymu společně s impulsní budicí výbojkou realizovanou vysokotlakou impulsní xenonovou výbojkou, napájenou z pracovního kondenzátoru přes sériovou indukčnost a uváděnou do činnosti vnější zapalovací elektrodou, na kterou se přivádí impuls z vysokonapětového zdroje.In the excitation cavity there is another optical resonator element, a cylindrical cut of active material, usually a ruby or clay-garnet grenade, with neodymium ions doped together with a pulsed excitation lamp realized by a high pressure pulsed xenon lamp powered from the working capacitor via a series inductor and actuated by external ignition electrode, to which a pulse from a high voltage source is applied.

Pracovní kondenzátor je nabíjen ze stejnosměrného napětového zdroje. Po dosažení dostatečné úrovně budicího příkonu vzniká impuls výstupního záření impulsního laseru o vlnové délce 1,06 ^im s typickou délkou 20 ns.The working capacitor is charged from a DC voltage source. When a sufficient excitation power level is reached, a pulse output of a pulsed laser of 1.06 µm with a typical length of 20 ns is generated.

Při zvyšování budicího příkonu, tj. při zvyšování napětí na pracovním kondenzátoru dochází v rámci téhož pracovního cyklu impulsní budicí výbojky ke generaci dvou, případně i více impulsů výstupního záření. Časový odstup těchto impulsů je řádu jednotek až desítek ^is.As the excitation power is increased, ie when the voltage on the working capacitor is increased, two or more pulses of the output radiation are generated within the same duty cycle of the impulse excitation lamp. The time interval of these pulses is of the order of units up to tens of is.

U některých aplikací impulsního laseru je generace dalších impulsů na závadu. To vede k požadavku na optimální volbu příkonu výbojky. Meze elektrického příkonu odpovídající generaci jediného impulsu jsou'poměrně úzké a jsou závislé na pracovní teplotě impulsního laseru, na čistotě a kvalitě optických ploch optického rezonátoru, na stáří impulsní budicí výbojky a dalších faktorech. Zajietit funkci impulsního laseru o jediném impulsu za všech podmínek a dlouhodobě je velmi obtížné.In some pulse laser applications, the generation of additional pulses is defective. This leads to a requirement for an optimal choice of lamp power. The electrical power limits corresponding to a single pulse generation are relatively narrow and depend on the operating temperature of the pulsed laser, the purity and quality of the optical surfaces of the optical resonator, the age of the pulsed excitation lamp and other factors. It is very difficult to provide a pulse laser function with a single pulse in all conditions.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru s válcovým výbrusem z aktivního materiálu, zrcadly optického rezonátoru a impulsní budicí výbojkou, jejíž napájecí obvod je tvořen pracovním kondenzátorem a sériovou indukčností podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že paralelně ke spojení pracovní kondenzátor, sériová indukčnost je připojen výstup spínacího prvku, připojeného svým vstupem pa výstup zesilovače, na jehož vstup je připojena indikační fotodioda, vázaná přes optickou vazbu s polopropustným zrcadlem.These drawbacks are eliminated by the use of a pulsed laser with passive modulation of the active material cylindrical optical resonator quality factor, an optical resonator mirror and an impulse excitation lamp, the supply circuit of which is a working capacitor and a series inductance according to the invention. connection working capacitor, series inductor is connected output of switching element, connected by its input p and output of amplifier, to the input of which is connected indication photodiode, coupled through optical coupling with semipermeable mirror.

Difuzní odraz výstupního záření impulsního laseru snímaný z optické plochy polopropustného zrcadla fotodlodou je dále zesílen v zesilovači a ovládá spínací prvek, jež vybíjí zbývající náboj pracovního kondenzátoru bezprostředně po vygenerování prvního impulsu výstupního záření impulsního laseru.The diffuse reflection of the pulsed laser output radiation sensed from the optical surface of the semipermeable mirror by the photocatalyst is further amplified in the amplifier and controls the switching element that discharges the remaining charge of the working capacitor immediately after the first pulse of the pulsed laser output radiation is generated.

Zapojení podle vynálezu odstraňuje závislost impulsního laseru na provozní teplotě, nebot zúženi luminiscenční čáry aktivního materiálu při nižší teplotě vede k požadavku na nižší příkon, kterého se automaticky dosahuje dřívějším uvedením spínacího prvku do činnosti. Zapojení podle vynálezu prodlužuje dále životnost impulsního laseru a zvyšuje také jeho spolehlivost, nebot statické kolísání budicího elektrického příkonu nebo energetické účinnosti impulsní budicí výbojky je kompenzováno spínacím prvkem automaticky.The circuitry according to the invention eliminates the pulse laser's dependence on the operating temperature, since the narrowing of the luminescence line of the active material at a lower temperature leads to a lower power requirement, which is automatically achieved by the earlier actuation of the switching element. The circuit according to the invention further extends the life of the pulsed laser and also increases its reliability, since the static variation of the excitation electric power or the energy efficiency of the pulsed excitation lamp is automatically compensated by the switching element.

Na připojených výkresech je na obr. 1 schéma zapojení impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru odpovídající stavu techniky a na obr. 2 schéma zapojení Impulsního laseru s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru podle vynálezu.In the accompanying drawings, FIG. 1 is a schematic diagram of a pulse laser with passive modulation of an optical resonator quality factor according to the prior art, and FIG. 2 is a diagram of a pulse laser with passive modulation of an optical resonator quality factor according to the invention.

Impulsní laser s pasivní modulací činitele jakosti optického rezonátoru obsahující optický rezonátor, tvořený polopropustným zrcadlem £, totálně odrazným zrcadlem 5 a pasivním modulátorem 6, dále budicí dutinu 2, ve které je umístěn válcový výbrus 1. z aktivního materiálu společně s impulsní budicí výbojkou 3 připojenou na pracovní kondenzátor 7 přes sériovou indukčnost 8_, přičemž zapalovací elektroda 9. impulsní výbojky 3_ je připojena na vysokonapětový zdroj 10 a dále pracovní kondenzátor T. je připojen na stejnosměrný napětový zdroj 11, je na obr. 2.A pulsed laser with passive modulation of the optical resonator quality factor comprising an optical resonator consisting of a semipermeable mirror 6, a totally reflective mirror 5 and a passive modulator 6, a excitation cavity 2 in which a cylindrical cut of active material is placed together with a pulse excitation lamp 3 connected to the working capacitor 7 via a series inductance 8, wherein the ignition electrode 9 of the pulse discharge lamp 3 is connected to the high voltage source 10 and further the working capacitor T is connected to the DC voltage source 11, shown in Fig. 2.

Podle vynálezu je na spojení pracovní kondenzátor sériová indukčnost 8^ připojen výstup spínacího prvku 14, připojeného svým vstupem na výstup zesilovače 13, na Jehož vstup je připojena indikační fotodioda 12, vázaná přes optickou vazbu 15 bud s polopropustným zrcadlem £ nebo s totálně odrazným zrcadlem 5 nebo s pasivním modulátorem £.According to the invention, the output of a switching element 14 connected by its input to the output of an amplifier 13 is connected to the working capacitor, connected to the working capacitor by means of an optical photodiode 12 coupled via an optical coupling 15 with either a semipermeable mirror 8 or totally reflective mirror 5. or with a passive modulator 6.

Impulsní budicí výbojka 3 je napájena z pracovního kondenzátorů 7_ přes sériovou indukčnost £ a uváděna do činnosti vnější zapalovací elektrodou 9, na kterou se přivádí impuls z vysokonapětového zdroje 10. Pracovní kondenzátor 7 je nabíjen ze stejnosměrného napětového zdroje 11.The pulse excitation lamp 3 is fed from the working capacitors 7 via a series inductor 8 and actuated by an external ignition electrode 9, to which a pulse is applied from a high voltage source 10. The working capacitor 7 is charged from a DC voltage source 11.

Podle vynálezu je difúzní odraz výstupního záření Impulsního laseru snímaný z optické plochy polopropustného zrcadla 4 fotodiodou 12 dále zesílen v zesilovači 13 a ovládá spínací prvek 14, kterým se vybíjí zbývající náboj pracovního kondenzátorů T_ bezprostředně po vygenerování prvního Impulsu výstupního záření impulsního laseru.According to the invention, the diffuse reflection of the pulsed laser output radiation sensed from the optical surface of the semipermeable mirror 4 by the photodiode 12 is further amplified in the amplifier 13 and controls the switching element 14 to discharge the remaining charge of the working capacitors T immediately after the first pulse of the pulsed laser output radiation.

Difúzní odraz výstupního záření impulsního laseru lze snímat fotodiodou 12 i z dalších optických ploch v optickém rezonátoru, jako například z optické plochy totálně odrazného zrcadla 5 nebo z optické plochy pasivního modulátoru 6.The diffuse reflection of the output radiation of the pulsed laser can also be sensed by the photodiode 12 from other optical surfaces in the optical resonator, such as the optical surface of the totally reflecting mirror 5 or the optical surface of the passive modulator 6.

Claims

Connection of a pulsed laser with passive modulation of an optical resonator with a cylindrical cut of active material, an optical resonator mirror and an impulse excitation lamp, the supply circuit of which is a working capacitor and a series inductance, characterized in that a series inductor (8) is connected to the output of a switching element (14), connected by its input to the output of an amplifier (13), to which an indicator photodiode (12) coupled via an optical coupling (15) with a semipermeable mirror (4) or with totally reflective mirror (5) or with passive modulator »/ 6 /.