(57)【要約】  マルチモードの放射を発光するレーザーダイオード（２ｂ）がモード選択部（２ｄ）により、レーザー光源（２）に発光されたレーザー放射を単一モードの特性を有するように作用することで、レーザー光の発光が改良されるようなレーザー光源（２）が、接地線装置（１）に使用される。外部空洞共振器に端部発光器（２ｂ）あるいは縦半導体発光器が使用され、モード選択共振器の効果を有する単一モードファイバーあるいは共振器ミラーがモード選択部（２ｄ）がとして配置される。負の分散を有する部品が、長くなった空洞共振器により発生された長いパルス持続時間を補償するためにパルス圧縮に使用される。
2007533962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
総合計器あるいは遠隔測定計のような測地線装置であって、
少なくとも一つの放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）を有するレーザー光源を備え、
モード選択部（２ｄ、７、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）を少なくとも一つ有する外部空洞共振器が上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）と協働し、発光したレーザー放射（ｓ）のシングルモード特性が上記モード選択部（２ｄ、７、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により形成されることを特徴とする測地線装置（１）。
【請求項２】
上記モード選択部（７）が単一モードファイバー、特に共振器ミラーの形で端面を有する単一モードファイバーであることを特徴とする請求項１記載の測地線装置（１）。
【請求項３】
上記単一モードファイバー（７）が円柱形状とは幾何学図形的に異なる内部を有するファイバーの形であり、特に円錐形状あるいは曲面形状を有するファイバーの形であることを特徴とする請求項２記載の測地線装置（１）。
【請求項４】
上記単一モードファイバー（７）が、ファイバーの方向の分布が可変な屈折率を有する傾斜ファイバーの形であることを特徴とする請求項２記載の測地線装置（１）。
【請求項５】
上記モード選択部（７′、７″）が、空間で周期的な構造を有するファイバー（７′）あるいはフォトニックファイバー（７″）とくにＰＣＦあるいはＰＢＧファイバーであることを特徴とする請求項２記載の測地線装置（１）。
【請求項６】
上記モード選択部（２ｄ、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）が、アパーチャー（１１）、モード選択共振器のための共振器ミラー（６ａ、６ｂ、６ｃ）および薄膜光ファイバーのいずれかの一つであることを特徴とする請求項１記載の測地線装置（１）。
【請求項７】
発光した上記レーザー放射（ｓ）が５００ｎｓ未満のパルス継続時間のパルス形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項８】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）の単一モード操作が上記モード選択部（２ｄ、７、７′、７″、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により保証されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項９】
マルチモード操作で発光している上記レーザー発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）の上記レーザー放射が上記モード選択部（２ｄ、７、７′、７″、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により作用されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１０】
上記空洞共振器が少なくとも一つの、特にアナモフィック入出力光学装置（２ｃ）を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１１】
上記レーザー光源が少なくとも一つの放射増幅レーザーダイオード（１３）を有し、特に上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）による放射入力を増幅するための放射増幅レーザーダイオード（１３）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１２】
上記空洞共振器の部品が共通のベース基盤（２ａ）に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１３】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）がＶＣＳＥＬレーザーあるいはＮＥＣＳＥＬレーザーであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１４】
上記レーザー放射（ｓ）の発光のための上記レーザー光源が平坦な発光波面に形成され、特に上記空洞共振器のパルス整形部品により形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１５】
上記レーザー光源は可飽和吸収および／あるいは分散素子を有し、特に請求項１３によるパルス整形部品として該素子を有し、好ましくはギヤーズ・ツアーノイス干渉計（１５）、一対の格子あるいは一対のプリズムを該素子として有することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１６】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）が波長安定化されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【請求項１７】
ビーム整形光学装置（２ｅ）が上記レーザー光源の下流に配置されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の測地線装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に特徴づけられたレーザー光源を備える測地線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの測地線の用途において、レーザー光の発生が要求され、あるいは利点がある。これは、距離測定、ターゲット照明あるいは、例えば分散補正あるいは大気汚染を分析するためのＬＩＤＡＲ装置のための物理的特性の測定に応用される。適切な距離測定方法と装置は、ＥＰ０７３８８９９Ｂ１と提出日からまだ公開されていないヨーロッパ特許申請番号０３００３７３８に記述されている。
【０００３】
レーザー放射の発生特性について、様々な用途によって異なる要求が設定される。しかし、一般に、跨がせるあるいは測定する距離は、できるだけ高い連続のあるいは少なくともパルス動作のレーザー光源のパワーが要求される。もし位置あるいは距離が決定される必要があるなら、ミリメータあるいはサブミリメータの範囲の精度で測定が可能なために、さらなる要求がある。例えば、６０メータの距離以上で２０ミクロンの範囲の精度を確保しなければならない干渉式測量装置、あるいは、６キロメータの距離で約３０センチの要求精度の空気支持スキャニング装置がある。
【０００４】
本明細書において、「レーザー光源を備える測地線装置」の用語は、例えば遠隔測定計や、ＬＩＤＡＲ装置あるいはセオドライトのようなレーザー放射を発生し、測定をする、あるいは空間に関するデータの検査をする計測に関連して使用される計測装置あるいは装置を意味すると常に理解されるべきである。特に、これは、基準点あるいは計測点に対する距離および／あるいは方向あるいは角度の測定に関連する。さらに、例えば分析の目的、ターゲットに印を付ける、あるいは非可視のスペクトルの範囲でレーザーの入射点を表すための可視レーザービームの供給のような放射光源により他の補足の目的も実現可能である。このような測地線装置は、三次元スキャニング装置、測量装置あるいは電子角度測定の回転計と電気光学遠隔測定計として総合計器として理解される。本発明は、例えば、軍事用観察、射撃統制や照準用途あるいは、プロセスの産業装置の監視に、同様な機能を有する特別な装置への使用にも適している。これらの装置は、用語「レーザー光源を備える測地線装置」に含まれる。
【０００５】
この重要な分野での使用に測地線装置のレーザー発光が満たさなければならない要求は、パワーとモード構造である。小さなｍＷ範囲のパワーは連続発光の場合に対応できるが、比較的大きな距離の測定には、パルス動作、特に短いが高いエネルギーのパルスが可能な数１０Ｗの範囲のパワーを実現することが有利である。さらに、小さな構造の分解能が可能なように、可能な限り小さくて一様なビームの断面が提供されるべきである。ビーム断面あるいはビーム形状は、可能な限り遠くまで一定に維持されるか、総計測距離を越えて僅かな変化であるべきである。このため、より大きな寸法と構造を有すので、ＴＥＭ00モードの発光を使用し、より高次のモードの発生を抑えることが有利である。このようなモードは、理想的なガウス分布を有し、ビームに横方向に生じる電場で位相シフトを生じないので、ビームは三次元で完全なコヒーレントである。
【０００６】
従来の測地線装置において、レーザーダイオードはレーザー光源として頻繁に使用されている。しかし、これらの半導体レーザーは、マルチ‐モード動作で発光し、端面発光のように幾何学形状的に不利なビーム断面を有する不利がある。
【０００７】
このように、従来例において、有利な形状にする適切なビーム整形手段により、レーザーダイオードの発光を変換する様々な方法がある。
【０００８】
例えば、ＷＯ０１／８４０７７は、端面発光レーザーダイオードの光線を下流光ビーム整形装置により偏向し、開口を事実上満たすように対物レンズの開口にその光線を導く光学遠隔測定計を開示している。しかし、レーザーダイオードの発光は依然としてマルチモードの特性を有している。
【０００９】
共通のビームにアレーの多くの個別のレーザーダイオードの発光を組み合わせることは、パワーを増大させるのが可能であるが、コヒーレントがよくないという不利がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの不利な点を取り除き、測地線装置に、他のタイプのレーザー、例えばシングクモード動作で半導体レーザーによる励起された固体素子レーザーのマイクロチップを使用することも原理的には可能である。しかし、これは、大きな寸法と高エネルギー消費の不利と熱的影響のような不利な動作特性を有する。したがって、広い土地での測量のために実際に使用されるこのような解決手段の適合性には限界がある。
【００１１】
純粋にシングルモードのレーザーダイオードを使用することが縦方向にガウス分布のエネルギーを有するコヒーレント発光、したがって本来適したビーム形状に導くけれど、商用的に利用できるシングルストライプで、シングルモードのレーザーダイオードあるいは可視スペクトラム範囲で実施可能な傾斜型シングルモードレーザーダイオードのパワーはあまりに低く時代遅れである。例えば、このレーザーダイオードのパルス動作により可能な高パワー範囲において、ビームは期待されるガウス形状からの偏向になってしまう。このようなパルス動作は、ある環境では、ホールバーニングやさらなるモードの発生による寿命の低下などの不利をもたらす。
【００１２】
本発明の目的は、発光が同等なパワーで改善されたビーム品質あるいは同等のビーム品質で高いパワーあるいはより高いパワーで改善されたビーム品質の両方を有するレーザー光源を備える測地線計測装置を提供することである。
【００１３】
更に、本発明の目的は、レーザー光源を備える測地線計測装置の寸法、複雑さ、エネルギー消費量と／あるいはデザインに関し、構造的な改善をすることである。
【００１４】
更に、本発明の目的は、商用的に利用できるレーザーダイオードにより測地線装置が可能となるレーザー発光のデザインにおいて可能な変化をさせ使用できることである。
【００１５】
更に、本発明の目的は、半導体ダイオードのため、発光波面に関し、発光された放射への作用を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明にしたがって、請求項１の特徴により、あるいは、従属の請求項の特徴により、この目的は実現され、あるいはこれらの実現はさらに発展している。
【００１７】
本発明は、測地線装置のレーザー光源の共振器における放射範囲への作用に関する。本発明によると、共振器に使用されている放射発生素子は、放射源により発光された放射が単一モード特性を有するように、更なる制限なしにモード選択部により作用を受ける放射でマルチモードで発光する半導体レーザーダイオードである。この目的に適したレーザーダイオードは、広い選択で多用で商用的に可能である。特に、可能な波長範囲は赤外領域から紫外領域に延びており、意図する用途によく適合したスペクトラム発光が可能である。
【００１８】
このレーザーダイオードは、共振器用の部品として紹介され、あるいは、共振器の端部であり、空洞共振器がレーザーダイオードの外の外側部により定義される。この空洞共振器あるいは共振器内で伝達する放射範囲は、放射源の単一モード発光が生じ、そして／あるいは、レーザーダイオードが単一モード発光を発生させる元になるように、モード選択部により作用を受ける。
【００１９】
レーザーダイオードは、縦空洞共振式面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）あるいはノバラックス延長空洞共振式面発光レーザー（ＮＥＣＳＥＬ）のような従来の端部発光あるいは縦発光ダイオードが使用される。このＮＥＣＳＥＬのデザインはＷＯ０１／６７５６３Ａ２に開示されている。これらの縦発光ダイオードの利点は、とりわけ、事実上円形のビーム断面になるよう下流のビーム整形を不要にすることができる。
【００２０】
外部空洞共振器を備えるこのような商用のレーザーダイオードを使用できるように、必要ならば変更や調整が成される。特に、レーザーダイオードの共振器を規定するミラーあるいはコーティングを除去する必要があるかもしれない。例えば、プラズマエッチング法はそのような作業に使用可能である。しかし、通常の端部発光レーザーダイオード場合は、一般にミラーは設けられておらず、遷移に対し垂直な端面が研磨されているだけである。反射効果を低減するすること、例えば反反射コーティングの形成が必要とされる可能性がある。
【００２１】
原理的には通常のレーザー物理で通例な部品が、不安定あるいはモード選択共振器、可飽和吸収器あるいは干渉計をデザインするための適切に形成されたミラーのようなモード選択素子として使用可能である。しかし、ここでは、単一モードファイバーあるいは開口がモード選択部として使用される。これらの部品により、より高いモードあるいはより高いモードでの発振の励起の発生は共振器内に抑えられ、循環する放射パルスが事実上単一モードとなる。
【００２２】
共振器あるいは空洞共振器はミラーと部分透過ミラーにより規定され、レーザーダイオードの完全反射側を共振器ミラーの一つとして使用することが可能である。モード選択素子に放射を入力し、モード選択素子から放射を出力するために、レンズあるいは円柱型レンズを備える適切な光学装置が使用されるが、本発明によれば、ファイバーあるいは反射あるいは回折素子も使用可能である。
【００２３】
共振器の長さは変更されていないレーザーダイオードと比較して大きいので、パルス長さに起因する増大を打ち消す利点がある。この目的に要求される負の分散を達成するため、レーザー物理で一般に使用される部品が使用可能である。例えば、一対のプリズム、一対の回折格子あるいはギヤーズ・ツアーノイス干渉計（ＧＴＩ）が適切なパルス圧縮を可能とする。さらに、可飽和吸収器のようなパルス作用効果を有する他の素子が、空洞共振器の放射範囲あるいは時間と空間についてパルスの整形と設計に使用可能である。外部空洞共振器を使うことにより、本発明によれば、そのような部品をデザインする可能性を、半導体レーザーと連携し、測地線装置に使用可能である。
【００２４】
ビーム生成レーザーダイオードに発生した放射を増幅するため、共振器の外側にある増幅器が使用される。主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の形で発光モードで反射コーティングなしにあるいは反反射コーティングで使用される第二のマルチモードレーザーダイオードがこの目的に有利である。この構造で、主発振器として働く放射生成レーザーダイオードの波長を安定させるのに有利で、この波長は、増幅器の最大自然放出に正確に対応する。
【００２５】
より高精度の距離測定のため、放射光源は、よく輪郭が明瞭にされた光学パルス波形を有する放射を提供する。このため、平坦で、湾曲しない放射波面と５００ｎｓ未満のパルス持続時間を有する。
【００２６】
部品の大きさ、小さなビーム断面とモード形状のため、高精度で安定した位置決めが重要な要求である。レーザー光源と光学的で下流の光学部品の全ての部品は、共通のベースプレートに取り付けられるか、あるいは共通の基板に存在できることが有利である。取り付け要求と位置決めに必要な精度に関して適切な一つの光学部品あるいは全体の装置は、ＤＥ１９５３３４２６Ａ１に記述されている。半田付けによる基板に小型化された部品を固定する適切な方法がＷＯ９９／２６７５４と提出日付より未公開であるヨーロッパ特許申請番号０２０２６６４８に記述されている。小型の部品を支持基板に固定する方法、特に、光学部品の微調整の方法が提出日付より未公開であるヨーロッパ特許申請番号０２０２６６５０に記述されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
【実施例１】
【００２８】
本発明による接地線装置と本発明による適切なレーザー光源は図に概略的に示された例によって詳細に記述される。
【００２９】
図１は、本発明のよる接地線装置１の例としてのタキメータと詳細な構成図の形でその部品のいくつかをより詳しく説明するために示している。レーザー光源２、測量される目標を検出するための光学装置３および受信器４が、装置１のハウジングに部品として存在している。
【００３０】
レーザー光源２は、全ての部品が取り付けられているベースプレート２ａを備える。レーザー放射は、放射生成レーザーダイオード２ｂにより発光され、入出力光学装置２ｃを介し、モード選択部２ｄに向かう。これらの部品は空洞共振器内に配置され、放射生成レーザーダイオード２ｂは外部共振器を備える。空洞共振器すなわちレーザー光源２から出される放射は、下流のビーム整形光学装置２ｅにより作用を受けることができる。
【００３１】
測量する対象を検出する光学装置３は、対物レンズ３ａと接眼レンズユニット３ｂとを備える。レーザー光源２から生じる放射が光学装置３のビームパスに入力され対物レンズ３ａを介し発光する補助として、焦点部３ｃと反射偏光部３ｄとがこれらの部品の間に配置される。
【００３２】
目標により戻り反射された放射は対物レンズ３ａにより捉えられ、その放射の一部が反射偏光部３ｄにより受信器４に導かれる。
【００３３】
この配置において、その受信器４と協働して、レーザー光源２を目標との距離測定に使用することが可能である。この例が示すものは、本発明による測地線装置の多くの可能な実施例の一つであり、協働が可能な部品の例示の図を示す。
【００３４】
本発明による第１のレーザー光源は、図２に概略的に示すように、モード選択部として単一モードファイバーを備えている。これ以降の図でも同様に、上の図が速軸に対応する装置の側面図を示し、下の図が平面図すなわち遅軸に対応する。レーザー光源は、放射生成素子として、一面が共振器ミラー６を形成する端部発光レーザーダイオード５を有する。付加される平坦ミラーあるいはコーティングはそのレーザーダイオードの側面に、随意に供給される。この端部発光レーザーダイオード５の発光は、二つの円柱型レンズ９ａ、９ｂを介し、モード選択部としての単一モードファイバー７に入力される。この入出力光学装置のアナモフィックな設計は、発光の強い非対称に起因している。単一モードファイバー７は、出力ミラー８により一方の端部で終り、この出力ミラー８は、第二の共振器ミラーを構成し、端部発光レーザーダイオード５の外部空洞共振器の端部を規定する。単一モードファイバー７での反射の結果として、放射範囲でより高いモードの部分が減少され、出力ミラー８での反射の後、事実上単一モードの放射が端部発光レーザーダイオード５にフィードバックされる。この設計の結果として、一つの振動モードだけが、単一モードファイバー７内の損失のため空洞共振器内で励起される。このモードは、共振器サイクルで増幅され、出力ミラー８を介し使用可能レーザー放射Ｓとして、随意的に下流のレンズ１０ａに発光される。
【００３５】
単一モードファイバー７は、円柱形状と幾何学的に異なる内部と、反射決定領域あるいは内部として考えられるファイバーの内側の境界層を有するファイバーに形成される。この内部は、円錐形状あるいは曲面形状を有し、円柱形状を有するファイバーの適切な変形により、最終形状にすることができる。代わりにあるいは追加として、単一モードファイバー７は、ファイバー方向に変化し円錐形状の内側と同様の効果が得られる屈折率の輪郭を有する傾斜型ファイバーに形成してもよい。この特別な形状あるいは設計により、本発明によるモード選択が実施可能となる。
【００３６】
単一モードファイバー７は、幾何学の理想的円柱形状と異なる内部を有する光学ファイバーとして形成することが可能である。これを実現可能な反射条件を選択することで、ファイバー内の異なるモードの伝播に作用可能となり、より高いモードが抑えられ、あるいは、共振器のそのモードでの振動の励起が防止される。適切な分布は円錐形の内部か、あるいは、多少湾曲したファイバーである。単一モードファイバー７は、幾何学的形状を変更することなしに、選択されたモードでの発光に関して最適化が可能である。この例として、ファイバー方向に変化する屈折率の輪郭を有する傾斜型ファイバーがある。
【００３７】
図３は、本発明による第２のレーザー光源の概略図を示し、モード選択部として適切な第一の共振器ミラー配列を備えている。図２に示す実施例と対照的に、端部発光レーザーダイオード５′を備えるレーザー光源は、空洞共振器内の特別な共振器ミラー設計により単一モード放射を発光することができる。図２の共振器ミラーとして動作する端部発光レーザーダイオード５′の側面は透明になるよう設計され、その空洞共振器は共振器ミラー６ａとして分割外部凹状ミラーを有する。そのミラーにより、図２に示す単一モードファイバーの平坦な出力ミラーあるいはレーザーダイオードの反対側の反射効果を伴って、半球状のあるいは半同軸の共振器の特性が得られる。このような構成で、より高いモードがより低い損失を有する基本モードと比較し吸収される。端部発光レーザーダイオード５′の大きく広がった発光は速軸の方向に円柱型レンズ９ｃにより調整できる。
【００３８】
本発明による第３のレーザー光源は、モード選択部として適切な第二の共振器ミラー配列を備え、図４に示す。端部発光レーザーダイオード５″は、もはや反射側を有しないように変更される。空洞共振器は、共振器ミラー６ｂ、６ｃとして二つの空洞ミラーにより規定される。この二つのミラーはモード選択部として共に動作し、共振器ミラー６ｃが部分的に透明な特性のため発光が実現される。この構成により、外部空洞共振器は共焦点型共振器の形になる。共振器ミラー６ｃを通過する発散放射は、速軸の方向に円柱型レンズ９ｂにより調整される。
【００３９】
本発明による第４のレーザー光源は、図５に示され、開口部１１がモード選択部として使用される。この実施例は、図３に示される実施例の構造に似ており、端部発光レーザーダイオード５′と半球形状の共振器とを備えている。その開口が広範囲のより高いモードの対し吸収効果を発揮する、すなわち図３に示す実施例のモード選択を改善する開口部１１が凹状ミラーの形の共振部ミラー６ｄと端部発光レーザーダイオード５′との間に導入されている。端部発光レーザーダイオード５′の発光は、速軸の方向に円柱型レンズ９ｃにより調整される。
【００４０】
図６は、本発明による第５のレーザー光源の概略図を示し、放射生成レーザーダイオードとして縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２とモード選択部として単一モードファイバー７とを備えている。縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２は、本発明によるレーザー光源に使用可能となるよう、表面の反射効果について端部発光レーザーダイオードに類似する方法で変更される。この設計により、分布型ブラッグ反射器に形成された現行のミラーが取り除かれるかあるいは、縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２に放射範囲のフィードバックを可能とするように増大された発光を有することが必要である。コーティングあるいはミラーを除去する適切な方法は、プラズマエッチングが利用できる。縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２の場合、発光が円形の断面を有し、端部発光レーザーダイオードと比較して一般に大きい範囲であることが有利である。発光された放射は、レンズ１０ｂを介し、一部透明な出力ミラー８と共に端部に配置された単一モードファイバー７に入力される。この出力ミラー８から出てくる放射は、レンズ１０ａにより調整される。本発明によれば、このＶＣＳＥＬの代わりに、ＮＥＣＳＥＬのような縦発光レーザーの使用も可能である。
【００４１】
図７から図１１は、図２、図５および図６に示された実施例が主主発振器電力増幅器内の増幅レーザーダイオードに接続された実施例を示している。これら全ての構成において、空洞共振器は増幅レーザーダイオードの下流にあり、この場合、増幅レーザーダイオードは通常の端部発光であり、横の面の反射効果が除去され、発光が最大化される。したがって、このレーザーダイオードは、共振器の部品なしに、増幅手段としてだけに使用される。
【００４２】
図７は、本発明による第６のレーザー光源を示し、端部発光レーザーダイオード５と、モード選択部としての単一モードファイバー７と増幅レーザーダイオード１３とを備える。レーザー光源の空洞共振器は、共振器ミラー６と円柱型レンズ９ａ、９ｂと出力ミラー８を有する単一モードファイバー７とを備える。この空洞共振器からの発光された放射は、二つの円柱型レンズ９ｂ、９ａを介し、増幅レーザーダイオード１３に入力され、それを通過した後、放射は円柱型レンズ９ｅにより再び調整される。
【００４３】
図８は、本発明による第７のレーザー光源の概略図を示し、端部発光レーザーダイオード５と、モード選択部として動作する単一モードあるいはマルチモードファイバー７′に周期空間の構造として配置された分布格子と、増幅レーザーダイオード１３とを備える。レーザー光源の空洞共振器は、共振器ミラー６を有する端部発光レーザーダイオード５と、円柱型レンズ９ａと、一体化された分布格子あるいは他の周期空間構造と出力ミラー８とを有するファイバー７′とを備える。この空洞共振器から発光された放射は、二つの円柱型レンズ９ｂ、９ａを介し、増幅レーザーダイオード１３に入力され、それを通過した後、放射は円柱型レンズ９ｅにより再び調整される。周期空間の構造のため、波長はさらに選択可能となり、スペクトルの幅は減少可能となる。プリズムは、この放射のスペクトルの幅を減少させるために一体化が可能である。
【００４４】
図９は、本発明による第８のレーザー光源の概略図を示し、端部発光レーザーダイオード５と、モード選択部としてのフォトニックファイバー７″と、増幅レーザーダイオード１３とを備える。レーザー光源の空洞共振器は、共振器ミラー６を有する端部発光レーザーダイオード５と、円柱型レンズ９ａ、９ｂと、出力ミラー８を有するフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）ファイバーあるいはフォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）のフォトニックファイバー７″とを備える。この空洞共振器から発光された放射は、二つの円柱型レンズ９ｂ、９ａを介し、増幅レーザーダイオード１３に入力され、それを通過した後、放射は円柱型レンズ９ｅにより再び調整される。フォトニックファイバーのため、モードは形成されるかあるいは選択される。中空コアを有するファイバーは、高いパワーを可能とする。原理的に、適切に調整された断面、例えば、矩形の断面を有するファイバーは、モード選択効果を得るために使用することが可能である。
【００４５】
図１０は、本発明による第９のレーザー光源の概略図を示し、端部発光レーザーダイオード５′と、モード選択部としての開口部１１と、増幅レーザーダイオード１３とを備える。半球状共振器として設計されたレーザー光源の空洞共振器は、共振器ミラー６ｄとしての凹状ミラーを有する端部発光レーザーダイオード５′と、開口部１１とを備える。端部発光レーザーダイオード５′から発光された放射は、同じタイプの一対の円柱型レンズ９ｃを介し調整され、増幅レーザーダイオード１３に入力され、それを通過した後、放射はさらなる円柱型レンズ９ｃにより再び調整される。
【００４６】
図１１は、本発明による第１０のレーザー光源の概略図を示し、縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２と、単一モードファイバー７と、増幅レーザーダイオード１３とを備える。レーザー光源の空洞共振器は、縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）１２と、レンズ１０ｂと出力ミラー８を有する単一モードファイバー７とを備える。この空洞共振器から発光された放射は、レンズ１０ｃと円柱型レンズ９ｄを介し、増幅レーザーダイオード１３に入力され、それを通過した後、放射は円柱型レンズ９ｅにより再び調整される。
【００４７】
図１２と図１３は、レーザーパルスの圧縮のために負の分散を有する部品の使用を概略的に示す。変形されていないレーザーダイオードと比較し共振器の長さはより大きくなり、外部空洞共振器の使用によってより大きな長さが得られるので、パルスの長さが増大し、補償のためにパルスの圧縮が有利となる。さらに、使用できるパルスの最大のパワーがその圧縮により増大される。
【００４８】
図１２は、本発明による第１１のレーザー光源を概略的に示し、端部発光レーザーダイオード５と、単一モードファイバー７と、パルス圧縮のための一対の格子１４とを備える。この実施例では、負の分散を形成するための一対の格子１４は、端部発光レーザーダイオード５と単一モードファイバー７との間の空洞共振器内に配置される。この領域では、放射は、円柱型レンズ９ｆとレンズ１０ｄとにより平行にされる。
【００４９】
図１３は、本発明による第１２のレーザー光源の概略図を示し、端部発光レーザーダイオード５と、単一モードファイバー７と、パルスに作用するあるいはパルス圧縮のためのギヤーズ・ツアーノイス干渉計１５とを備える。この実施例においては、ギヤーズ・ツアーノイス干渉計１５は、端部発光レーザーダイオード５と負の分散を生成するための単一モードファイバー７との間に配置されている。この領域では、放射は円柱型レンズ９ｇとレンズ１０ｅにより平行にされている。さらに、ビームパスを折り曲げることで、測地線装置の短縮された設計すなわちコンパクトな集積化が可能となる。パルスを作用させることで、湾曲した発光波面を無効にするかあるいは修正することができる。もし過渡的なモード形成が励起中空洞共振器の熱変化により生じた場合、この問題が関連してくる。したがって、放射は、空洞共振器の中央部よりも端部でより早く発光し、その結果、例えば傾斜した目標の場合、間違った計測になってしまう湾曲発光波面となる。さらなる効果に加えるに、分散あるいは可飽和吸収構造のパルスに作用する動作により、均質化効果が得られる。
【００５０】
もちろん、図示された構成は、可能な実施例の単なる一例である。本発明によると、使用された部品は、他の組合せと順列で使用可能である。さらに、当業者であれば、回折効果を有するように追加あるいは代替の光学部品や、一般にレーザー物理やレーザー技術で使用される同様な効果や機能を有する部品を使用することもできる。概略図において、必要な電子制御部、電源部、取り付け部品などは単に明確化の理由で示していない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明によるレーザー光源を備える測地線装置の概略図。
【図２】モード選択部として単一モードファイバーを備える、本発明による第１のレーザー光源の概略図。
【図３】モード選択部として配置された適切な第一の共振器ミラーを備える、本発明による第２のレーザー光源の概略図。
【図４】モード選択部として配置された適切な第二の共振器ミラーを備える、本発明による第３のレーザー光源の概略図。
【図５】モード選択部として開口部を備える、本発明による第４のレーザー光源の概略図。
【図６】放射生成レーザーダイオードとして縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）と、モード選択部として単一モードファイバーを備える、本発明による第５のレーザー光源の概略図。
【図７】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部として単一モードファイバーと、増幅器としてレーザーダイオードとを備える、本発明による第６のレーザー光源の概略図。
【図８】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部としてファイバー内の分布格子と、増幅器としてレーザーダイオードとを備える、本発明による第７のレーザー光源の概略図。
【図９】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部としてフォトニックファイバーと、増幅器としてレーザーダイオードとを備える、本発明による第８のレーザー光源の概略図。
【図１０】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部として開口部と、増幅器としてレーザーダイオードとを備える、本発明による第９のレーザー光源の概略図。
【図１１】縦発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）と、モード選択部として単一モードファイバーと、増幅器としてレーザーダイオードとを備える、本発明による第１０のレーザー光源の概略図。
【図１２】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部として単一モードファイバーと、パルス圧縮のための一対の格子とを備える、本発明による第１１のレーザー光源の概略図。
【図１３】端部発光レーザーダイオードと、モード選択部として単一モードファイバーと、パルス圧縮のためのギヤーズ・ツアーノイス干渉計とを備える、本発明による第１２のレーザー光源の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007533962.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月6日(2005.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリメータあるいはミリメータ以下の精度を有する電子光学式距離測定のための測地線測量装置であって、
少なくとも一つの放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）を有するレーザー光源を備え、
モード選択部（２ｄ、７、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）を少なくとも一つ有する外部空洞共振器が上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）と協働し、発光したレーザー放射（ｓ）のシングルモード特性が上記モード選択部（２ｄ、７、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により形成されることを特徴とする測地線測量装置（１）。
【請求項２】
上記モード選択部（７）が単一モードファイバー、特に共振器ミラーの形で端面を有する単一モードファイバーであることを特徴とする請求項１記載の測地線測量装置（１）。
【請求項３】
上記単一モードファイバー（７）が円柱形状とは幾何学図形的に異なる内部を有するファイバーの形であり、特に円錐形状あるいは曲面形状を有するファイバーの形であることを特徴とする請求項２記載の測地線測量装置（１）。
【請求項４】
上記単一モードファイバー（７）が、ファイバーの方向の分布が可変な屈折率を有する傾斜ファイバーの形であることを特徴とする請求項２記載の測地線測量装置（１）。
【請求項５】
上記モード選択部（７′、７″）が、空間で周期的な構造を有するファイバー（７′）あるいはフォトニックファイバー（７″）とくにＰＣＦあるいはＰＢＧファイバーであることを特徴とする請求項２記載の測地線測量装置（１）。
【請求項６】
上記モード選択部（２ｄ、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）が、アパーチャー（１１）、モード選択共振器のための共振器ミラー（６ａ、６ｂ、６ｃ）および薄膜光ファイバーのいずれかの一つであることを特徴とする請求項１記載の測地線測量装置（１）。
【請求項７】
発光した上記レーザー放射（ｓ）が５００ｎｓ未満のパルス継続時間のパルス形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項８】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）の単一モード操作が上記モード選択部（２ｄ、７、７′、７″、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により保証されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項９】
マルチモード操作で発光している上記レーザー発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）の上記レーザー放射が上記モード選択部（２ｄ、７、７′、７″、６ａ、６ｂ、６ｃ、１１）により作用されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１０】
上記空洞共振器が少なくとも一つの、特にアナモフィック入出力光学装置（２ｃ）を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１１】
上記レーザー光源が少なくとも一つの放射増幅レーザーダイオード（１３）を有し、特に上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）による放射入力を増幅するための放射増幅レーザーダイオード（１３）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１２】
上記空洞共振器の部品が共通のベース基盤（２ａ）に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１３】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）がＶＣＳＥＬレーザーあるいはＮＥＣＳＥＬレーザーであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１４】
上記レーザー放射（ｓ）の発光のための上記レーザー光源が平坦な発光波面に形成され、特に上記空洞共振器のパルス整形部品により形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１５】
上記レーザー光源は可飽和吸収および／あるいは分散素子を有し、特に請求項１３によるパルス整形部品として該素子を有し、好ましくはギヤーズ・ツアーノイス干渉計（１５）、一対の格子あるいは一対のプリズムを該素子として有することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１６】
上記放射発生レーザーダイオード（２ｂ、５、５′、５″、１２）が波長安定化されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。
【請求項１７】
ビーム整形光学装置（２ｅ）が上記レーザー光源の下流に配置されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の測地線測量装置（１）。