Stabil im Bild

  • 24. January 2012

Methoden zur Stabilisierung von Laserstrahlen im Test

Genaue Strahllagemessungen lassen sich auf unterschiedlichen, mit spezifischen Vor- und Nachteilen versehenen Wegen erreichen. Ausgehend von einer Gegenüberstellung dieser Möglichkeiten wurde mittels CMOS-Kameras und motorischen Spiegelhaltern ein aktives Strahlstabilisierungssystem für gepulste Laser realisiert.

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Abb. 1 Strahlpositionsbestimmung mit PSD, Quadrantendiode und CMOS-Kamera: Die XY-Strahlposition wird bei PSD und Quadrantendiode aus den vier Stromsignalen berechnet und bei der Kamera aus dem Schwerpunkt des Strahlprofils ermittelt.



Eine aktive Strahlstabilisierung kann die Leistungsfähigkeit von Lasersystemen stark verbessern. Für eine vollständige Kontrolle gilt es, vier Freiheitsgrade, Strahlposition und -richtung in jeweils zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen zu überwachen und zu korrigieren. Das notwendige Rückkoppelsignal wird üblicherweise an zwei Stellen mittels getrennter Positionsdetektoren erzeugt. Als Positionsdetektoren stehen folgende Sensoren zur verfügung: Positionsempfindliche Detektoren (Position Sensitive Device, PSD), Quadrantendioden (Quad Cell) und Kameras.

  • Eine großflächige Diode liefert beim PSD über eine ohmsche Schicht ein Stromsignal an eine von vier Elektroden (Abb. 1). Hierbei fließt der höchste Photostrom durch die dem Laserspot am nächs­ten gelegene Elektrode. Die Position des Laserstrahls wird über das Verhältnis der Ströme in den einzelnen Elektroden ermittelt.
  • Eine Quadrantendiode besteht aus vier, nur wenige Mikrometer voneinander getrennten Photodioden. Solange der Laserstrahl nahe am Zentrum des Detektors ist, liefert die Differenz zwischen den Strömen aus den Detektorhälften ähnlich wie beim PSD eine Positionsinformation für die X- und Y-Richtung. Anders als beim PSD hängt jedoch die Messempfindlichkeit und der Messbereich vom Durchmesser des Laserstrahls ab. Darüber hinaus gibt es nur eine relative Information im Bezug zum Zentrum der Quadranten-Diode und keine absolute Positionsinformation.

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