FR2872293A1 - LASER MEASURING APPARATUS - Google Patents
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Abstract
Appareil de mesure à laser (2) comportant un laser (4) pour l'émission d'impulsions de lumière, une unité de détection (42) avec un certain nombre d'éléments de détection (44), des moyens optiques (40) pour diriger les impulsions de lumière dans un certain nombre de détails d'une scène-objet et pour diriger des impulsions de lumière réfléchies par les détails sur les éléments de détection (44), et comportant des moyens de commande (48). Il comporte au moins un autre laser (4) pour l'émission d'impulsions de lumière, les moyens de commande (48) étant conçus pour la commande des lasers (4) de manière qu'un deuxième laser (4) n'émette une impulsion de lumière que lorsqu'un premier laser (4) a terminé l'émission d'une impulsion de lumière.Laser measuring device (2) comprising a laser (4) for emitting pulses of light, a detection unit (42) with a number of detection elements (44), optical means (40) for directing pulses of light into a number of details of an object scene and for directing pulses of light reflected from the details onto the sensing elements (44), and having control means (48). It comprises at least one other laser (4) for the emission of light pulses, the control means (48) being designed for the control of the lasers (4) so that a second laser (4) does not emit a light pulse only when a first laser (4) has finished emitting a light pulse.
Description
L'invention part d'un appareil de mesure à laser comportant un laser pourThe invention starts from a laser measuring apparatus comprising a laser for
l'émission d'impulsions de lumière, une unité de détection the emission of light pulses, a detection unit
avec un certain nombre d'éléments de détection, des moyens optiques pour diriger les impulsions de lumière dans un certain nombre de détails d'une scène-objet et pour diriger des impulsions de lumière réfléchies par les détails sur les éléments de détection, et comportant des moyens de commande. with a number of sensing elements, optical means for directing the light pulses in a number of details of a scene-object and for directing light pulses reflected by the details on the sensing elements, and comprising control means.
to Un laser-radar (Laser Detection And Ranging: LADAR) convient particulièrement bien à la signalisation d'obstacles et à la reconnaissance de cibles à haute résolution, en particulier pour les avions et les missiles. Pour les distances de mesure moyennes et grandes, le procédé de la mesure de la durée des impulsions est précis et particulièrement fiable. On émet ici une impulsion laser en direction d'un détail sélectionné d'une scène-objet environnante, on la réfléchit ou la diffuse sur un objet dans le détail et on mesure la durée entre l'émission et le retour de l'impulsion de lumière. A partir de la durée mesurée, on calcule la distance entre l'appareil de mesure à laser et l'objet. A Laser Detection and Ranging (LADAR) laser is particularly suitable for obstacle signaling and high-resolution target recognition, particularly for aircraft and missiles. For medium and large measuring distances, the method of measuring pulse duration is accurate and particularly reliable. A laser pulse is emitted here in the direction of a selected detail of a surrounding scene-object, it is reflected or diffused on an object in detail and the time between transmission and return of the pulse is measured. light. From the measured time, the distance between the laser measuring device and the object is calculated.
Pour une signalisation d'obstacles ou une reconnaissance de cibles précise, il est avantageux de mettre en oeuvre un procédé graphique, la scène-objet étant divisée en une matrice de détails et les différents détails étant analysés soient parallèlement, soit séquentiellement à grande vitesse avec le procédé de la mesure de la durée d'impulsion. For an obstacle signaling or a precise target recognition, it is advantageous to implement a graphic method, the scene-object being divided into a matrix of details and the various details being analyzed either in parallel or sequentially at high speed with the method of measuring the pulse duration.
La présente invention a pour but d'indiquer un appareil de mesure à laser qui permette des mesures avec une grande résolution et une fréquence de répétition élevée. The object of the present invention is to provide a laser measuring apparatus which allows measurements with a high resolution and a high repetition frequency.
Ce but est atteint avec un appareil de mesure à laser du type précité qui comprend, suivant l'invention, au moins un autre laser pour l'émission d'impulsions de lumière, les moyens de commande étant conçus pour la commande des lasers de manière qu'un deuxième laser n'émette une impulsion de lumière que lorsqu'un premier laser a terminé l'émission d'une impulsion de lumière. This object is achieved with a laser measuring apparatus of the aforementioned type which comprises, according to the invention, at least one other laser for the emission of light pulses, the control means being designed for the control of the lasers in a manner that a second laser emits a light pulse only when a first laser has completed the emission of a light pulse.
L'invention part de la considération selon laquelle une fréquence de répétition élevée peut être atteinte avec un éclairage parallèle de la scène-objet chaque fois par une impulsion laser. La détection peut alors 1 o s'effectuer dans un détecteur à matrice avec une mesure du temps indépendante pour chaque élément de détection individuel. Les détecteurs à matrice de ce type avec une résolution satisfaisante sont de fabrication très coûteuse. Dans le cas d'un balayage séquentiel alternatif de la scène-objet, une impulsion laser au moins est nécessaire pour chaque détail de la scène-objet. Pour obtenir une fréquence de répétition élevée, une fréquence élevée de répétition des impulsions du laser est nécessaire ici. The invention proceeds from the consideration that a high repetition rate can be achieved with parallel illumination of the scene-object each time by a laser pulse. Detection can then be performed in a matrix detector with an independent time measurement for each individual sensing element. Matrix detectors of this type with satisfactory resolution are very expensive to manufacture. In the case of an alternative sequential scanning of the scene-object, at least one laser pulse is required for each detail of the scene-object. To obtain a high repetition frequency, a high frequency of repetition of the pulses of the laser is needed here.
L'invention part de cette autre considération selon laquelle une résolution de distance élevée peut être obtenue avec des impulsions laser extrêmement courtes d'un ordre de quelques nanosecondes. Pour obtenir une énergie suffisante pour une détection fiable de l'impulsion de lumière rediffusée, l'impulsion de lumière très courte doit être émise avec une puissance très élevée. Du fait de la charge thermique du laser, ainsi provoquée, la fréquence de répétition des impulsions et donc la fréquence de répétition des images sont limitées. Si l'on utilise plusieurs lasers pour l'émission d'impulsions de lumière, la charge thermique peut être répartie entre plusieurs lasers. Par une commande séquentielle des lasers, on peut obtenir une affectation univoque d'une impulsion de lumière rediffusée et détectée à un laser d'émission et donc une mesure univoque de la durée d'impulsion. On peut garantir une résolution de distance élevée et une fréquence de répétition des images élevée. The invention proceeds from this other consideration that a high distance resolution can be obtained with extremely short laser pulses of the order of a few nanoseconds. To obtain sufficient energy for reliable detection of the rediffused light pulse, the very short light pulse must be emitted with a very high power. Due to the thermal load of the laser, thus caused, the repetition frequency of the pulses and therefore the repetition rate of the images are limited. If several lasers are used for the emission of light pulses, the thermal load can be distributed among several lasers. By sequential control of the lasers, it is possible to obtain an unequivocal assignment of a re-scattered and detected light pulse to a transmission laser and thus a unambiguous measurement of the pulse duration. It is possible to guarantee a high distance resolution and a high image repetition rate.
Outre une mesure de la distance, on peut imaginer aussi la mesure d'autres paramètres par l'appareil de mesure à laser, par exemple de la fréquence de lumière, de la polarisation de lumière, de la phase de lumière, etc. Les impulsions de lumière peuvent être émises avec toute fréquence laser possible, on sélectionne de préférence un rayonnement ménageant les yeux, en particulier un rayonnement infrarouge ménageant les yeux. Les lasers sont avantageusement conçus comme des oscillateurs- maîtres. On peut obtenir une affectation particulièrement simple d'une impulsion laser reçue, si à chaque instant au maximum un laser est actif. L'unité de commande est avantageusement conçue pour une affectation de détails aux éléments de détection. On peut obtenir par là une mesure à laser graphique. In addition to measuring the distance, it is also possible to measure other parameters by the laser measuring apparatus, for example the light frequency, the light polarization, the light phase, etc. The pulses of light can be emitted with any laser frequency possible, and preferably radiation is selected which is gentle on the eyes, in particular infrared radiation which protects the eyes. Lasers are advantageously designed as master oscillators. It is possible to obtain a particularly simple assignment of a received laser pulse, if at each moment at most one laser is active. The control unit is advantageously designed for an assignment of details to the detection elements. This can be achieved by a graphical laser measurement.
La charge thermique des lasers peut être maintenue faible, dans le cas d'une puissance d'impulsion élevée, si chaque laser est associée à un élément d'amplification de lumière. On peut prévoir ici pour l'appareil de mesure à laser dans son ensemble un seul élément d'amplification de lumière qui amplifie les impulsions de lumière de tous les lasers. Il est possible aussi d'associer un élément d'amplification de lumière à un groupe parmi plusieurs groupes de lasers de l'appareil de mesure à laser. En particulier, l'appareil de mesure à laser comprend un certain nombre d'éléments d'amplification de lumière, chaque élément d'amplification de lumière étant associé à un seul laser et relié à celui-ci optiquement. Comme élément d'amplification de lumière, une fibre d'amplification convient particulièrement bien car, en raison de sa forme, elle présente une grande surface et peut donc fournir une grande quantité d'énergie. The thermal load of the lasers can be kept low, in the case of high pulse power, if each laser is associated with a light amplifying element. For the laser meter as a whole a single light amplification element can be provided here which amplifies the light pulses of all the lasers. It is also possible to associate a light amplification element with one of several laser groups of the laser meter. In particular, the laser meter comprises a number of light amplifying elements, each light amplifying element being associated with a single laser and connected thereto optically. As a light amplifying element, an amplification fiber is particularly suitable because, due to its shape, it has a large surface and can therefore provide a large amount of energy.
Dans une forme de réalisation de l'invention, l'appareil de mesure à laser comprend un certain nombre d'éléments d'amplification de lumière et plusieurs éléments optiques de pompage pour exciter les éléments d'amplification de lumière, chaque élément de pompage étant relié optiquement à plusieurs éléments d'amplification de lumière pour le pompage optique. L'énergie de pompage des éléments de pompage peut être utilisée de cette façon par plusieurs éléments d'amplification de lumière. En outre, l'énergie des éléments de pompage peut être utilisée de façon particulièrement efficace dans le cas d'une commande séquentielle des lasers. Le nombre d'éléments de pompage peut ainsi être maintenu réduit. Les éléments de pompage peuvent comprendre une diode laser qui est reliée, par un guide optique, à l'élément t o d'amplification de lumière. In one embodiment of the invention, the laser meter comprises a number of light amplifying elements and a plurality of pumping optical elements for exciting the light amplifying elements, each pumping element being optically connected to a plurality of light amplification elements for optical pumping. The pumping energy of the pumping elements can be used in this way by a plurality of light amplification elements. In addition, the energy of the pumping elements can be used particularly effectively in the case of sequential control of the lasers. The number of pumping elements can thus be kept reduced. The pumping elements may comprise a laser diode which is connected by an optical guide to the light amplification element t o.
Dans une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, les éléments de pompage comprennent des fibres optiques de pompage conductrices et les éléments d'amplification de lumière et les fibres optiques de pompage sont réunis en un faisceau de fibres, les éléments d'amplification de lumière dans le faisceau de fibres étant reliés optiquement, le long de leurs faces longitudinales de fibre, à des fibres optiques de pompage. La lumière provenant des fibres optiques de pompage peut être transmise uniformément aux éléments d'amplification de lumière, la lumière de pompage pouvant être mise à disposition de plusieurs éléments d'amplification de lumière, par chaque élément de pompage. Les fibres optiques de pompage peuvent être des fibres ordinaires de guides optiques, telles que par exemple des fibres de verre. Pour obtenir un passage aussi uniforme que possible de la lumière de pompage depuis les fibres optiques de pompage aux éléments d'amplification de lumière, les éléments d'amplification de lumière et les fibres optiques de pompage s'étendent avantageusement parallèlement et sont ainsi réunis de façon aussi serrée que possible dans le faisceau de fibres. Le faisceau de fibres comprend avantageusement une gaine d'une matière présentant un faible indice de réfraction, laquelle entoure les fibres optiques de pompage et les éléments d'amplification de lumière. In a particularly preferred embodiment of the invention, the pumping elements comprise conductive pumping optical fibers and the light amplifying elements and the pumping optical fibers are combined into a bundle of fibers, the amplification elements of light in the fiber bundle being optically connected, along their longitudinal fiber faces, to pumping optical fibers. The light from the pump optical fibers can be transmitted uniformly to the light amplifying elements, the pump light being available to a plurality of light amplifying elements by each pumping element. The optical fibers for pumping may be ordinary fibers of optical guides, such as, for example, glass fibers. In order to obtain as uniform a passage as possible from the pumping light from the pumping optical fibers to the light amplifying elements, the light amplifying elements and the pumping optical fibers advantageously extend in parallel and thus are united by as tightly as possible in the fiber bundle. The fiber bundle advantageously comprises a sheath of a material having a low refractive index, which surrounds the pump optical fibers and the light amplification elements.
2872293 5 Dans une autre forme de réalisation de l'invention, chaque élément d'amplification de lumière est directement entouré dans le faisceau de fibres par plusieurs fibres optiques de pompage et est relié optiquement à celles-ci dans le faisceau de fibres. La lumière de plusieurs fibres optiques de pompage peut être transmise directement des fibres optiques de pompage aux éléments d'amplification, ce qui permet de maintenir faible la perte de lumière de pompage. In another embodiment of the invention, each light amplifying element is directly surrounded in the fiber bundle by a plurality of pumping optical fibers and is optically connected thereto in the fiber bundle. The light of multiple pumping optical fibers can be transmitted directly from the pumping optical fibers to the amplifying elements, thereby keeping the loss of pumping light low.
On peut obtenir un passage particulièrement intensif de la lumière de pompage depuis les fibres optiques de pompage aux 1 o éléments d'amplification de lumière, et de ce fait un faisceau de fibres court, si au moins une fibre optique de pompage et un élément d'amplification de lumière présentent chacun une face longitudinale de fibre aplatie et la fibre de lumière de pompage ainsi que l'élément d'amplification de lumière sont assemblées l'une à l'autre le long de la face longitudinale de fibre aplatie. On peut utiliser une grande surface de passage pour le passage de la lumière de pompage depuis la fibre optique de pompage à l'élément d'amplification de lumière. De manière avantageuse, toutes les fibres optiques de pompage et les éléments d'amplification de lumière sont équipés d'une face longitudinale de fibre aplatie et sont assemblés les unes aux autres par cette face aplatie. Le passage de la lumière peut encore être amélioré si les fibres optiques de pompage et les éléments d'amplification de lumière présentent une section transversale hexagonale ou carrée et sont ainsi serrés autant que possible les unes contre les autres. A particularly intensive passage of the pumping light from the pumping optical fibers to the light amplifying elements, and thus a short fiber bundle, can be achieved if at least one pumping optical fiber and one pumping element are present. Each of the light amplifiers has a longitudinal face of flattened fiber and the pumping light fiber and the light amplifying element are joined to each other along the longitudinal face of flattened fiber. A large passage surface may be used for passage of the pump light from the pump optical fiber to the light amplification element. Advantageously, all the pump optical fibers and the light amplification elements are equipped with a longitudinal face of flattened fiber and are assembled to each other by this flattened face. The passage of light can be further improved if the pump optical fibers and the light amplification elements have a hexagonal or square cross-section and are thus clamped as close together as possible.
De manière avantageuse, deux éléments d'amplification de lumière sont séparés l'un de l'autre dans l'espace dans le faisceau de fibres par au moins une fibre optique de pompage. On peut s'opposer efficacement à un passage direct de la lumière de pompage d'un élément d'amplification de lumière à un autre, et à un prélèvement, se produisant de la sorte, de la lumière de pompage dans un élément d'amplification de lumière. Avec ce même avantage, les éléments d'amplification de lumière et les fibres optiques de pompage sont avantageusement disposés dans le faisceau de fibres de manière à obtenir une liaison optique entre deux éléments d'amplification de lumière, uniquement indirectement par une fibre optique de pompage. Advantageously, two light amplifying elements are separated from each other in the space in the fiber bundle by at least one optical pumping fiber. The direct passage of the pumping light from one light amplifying element to another can be effectively countered, and thus a sample can be taken from the pumping light in an amplification element. from light. With this same advantage, the light amplification elements and the optical pumping fibers are advantageously arranged in the fiber bundle so as to obtain an optical connection between two light amplification elements, only indirectly by an optical fiber for pumping. .
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est proposé que toutes les fibres optiques de pompage soient reliées entre elles optiquement dans le faisceau de fibres. Tous les éléments d'amplification de lumière peuvent accéder à la lumière de pompage totale. In another embodiment of the invention, it is proposed that all the optical pump fibers are optically connected to each other in the fiber bundle. All light amplification elements can access the total pump light.
Il est proposé en outre que les éléments d'amplification de lumière soient reliés à des guides optiques qui sont guidés parallèlement dans un plan, au moins sur une partie, sur le côté des éléments d'amplification de lumière tourné à l'opposé des lasers. Les guides optiques sont disposés, dans cette partie, avec leur section transversale en une ligne, ce qui fait que le guidage des impulsions de lumière depuis le guide optique dans des détails, disposés en ligne, de la scène-objet, est particulièrement simple. It is furthermore proposed that the light amplifying elements are connected to optical guides which are guided in parallel in a plane, at least in part, on the side of the light amplification elements turned away from the lasers. . The optical guides are arranged in this part, with their cross-section in a line, so that the guiding of the light pulses from the optical guide in details, arranged in line, of the scene-object, is particularly simple.
Avec une unité optique mobile supplémentaire, qui et prévue pour le guidage d'impulsions de lumière depuis un guide optique dans des détails disposés en colonne, on peut diriger les impulsions de lumière depuis les éléments d'amplification de lumière dans une matrice de détails de la scène-objet. Avec les impulsions de lumière réfléchies depuis cette matrice, on peut réaliser une image de la scène-objet avec par exemple des informations relatives à la distance. With an additional mobile optical unit, which is provided for guiding light pulses from an optical guide in columnar details, the light pulses can be directed from the light amplifying elements into a matrix of details of the light. the scene-object. With the light pulses reflected from this matrix, it is possible to produce an image of the scene-object with, for example, information relating to the distance.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de commande pour la commande des lasers sont conçus de manière qu'un troisième laser émette une impulsion de lumière conjointement avec le premier laser, et un quatrième laser émette une impulsion de lumière conjointement avec le deuxième laser. On peut obtenir une fréquence de répétition des images particulièrement élevée. La séparation des impulsions de lumière dans le but de la reconnaissance univoque des signaux peut s'effectuer par exemple par un codage ou par une séparation optique sur différents détails ou éléments de détection du détecteur. Les détails de la scène-objet sont de ce fait éclairés aussi bien séquentiellement que parallèlement. In another embodiment of the invention, the control means for controlling the lasers are designed so that a third laser emits a light pulse together with the first laser, and a fourth laser emits a light pulse together with the second laser. It is possible to obtain a particularly high frequency of repetition of the images. The separation of the light pulses for the purpose of the unambiguous recognition of the signals can be effected for example by coding or optical separation on different details or detection elements of the detector. The details of the scene-object are thus illuminated both sequentially and in parallel.
De manière avantageuse, au moins deux fibres optiques de pompage sont disposées entre un élément d'amplification de lumière associé au troisième laser et un élément d'amplification de lumière associé au premier laser. Un contact optique entre les éléments d'amplification de lumière dans le faisceau de fibres n'est possible que par au moins deux fibres optiques de pompage. On peut obtenir par là une nouvelle excitation rapide des éléments d'amplification de lumière désexcités simultanément par les impulsions de lumière, sans qu'une fibre optique de pompage doive desservir les deux éléments d'amplification de lumière ou sans que même de grandes quantités de lumière de pompage provenant d'un élément d'amplification de lumière passent de manière indésirable dans l'autre élément d'amplification de lumière. Advantageously, at least two pumping optical fibers are arranged between a light amplification element associated with the third laser and a light amplification element associated with the first laser. Optical contact between the light amplifying elements in the fiber bundle is only possible by at least two pumping optical fibers. This can result in a new rapid excitation of the light amplification elements simultaneously de-energized by the light pulses, without the need for a pumping optical fiber to serve the two light amplification elements or even for large amounts of light. pumping light from one light amplifying element undesirably pass into the other light amplifying element.
Une émission d'impulsions de lumière depuis les lasers dans des détails sélectionnés de la scène-objet peut s'obtenir si les lasers sont reliés chacun optiquement à un guide optique, si les guides optiques comprennent chacun une extrémité de guide optique et si l'unité de commande est conçue pour une affectation des extrémités de guide optique à des détails. Les extrémités de guide optique peuvent être dirigées dans les détails par une unité optique des moyens optiques, qui est en mesure par exemple, par un basculement, d'orienter des impulsions de lumière depuis une extrémité de guide optique, de façon séquentielle, vers plusieurs détails sélectionnés de la scène-objet. An emission of light pulses from the lasers into selected details of the scene-object can be obtained if the lasers are each optically connected to an optical guide, if the optical guides each comprise an optical guide end and if the control unit is designed for an assignment of optical guide ends to details. The optical guide ends can be directed in detail by an optical unit of the optical means, which is able, for example, by a tilting, to direct light pulses from one optical guide end, sequentially, to several selected details of the scene-object.
D'autres avantages ressortent de la description faite ci-après des 30 dessins. Les dessins représentent des exemples de réalisation de l'invention. Other advantages are apparent from the following description of the drawings. The drawings show exemplary embodiments of the invention.
Il est montré : Fig. 1 un appareil de mesure à laser destiné à être disposé dans un aéronef, Fig. 2 une vue en coupe transversale d'un faisceau de fibres avec 5 fibres de pompage et éléments d'amplification de lumière, Fig. 3 un détail d'une coupe transversale d'une variante de faisceau de fibres, Fig. 4 un diagramme de la variation dans le temps d'une émission d'impulsions de lumière, et Fig. 5 un autre diagramme d'une variante de variation d'une émission d'impulsions de lumière La figure 1 montre un appareil de mesure à laser 2 avec un certain nombre, par exemple sept lasers 4 dont trois seulement sont représentés de manière schématique sous la forme de cases, pour plus de clarté. Les lasers 4 sont des oscillateurs-maîtres pour l'émission d'impulsions de lumière d'excitation qui sont dirigées, par des guides optiques 6 et un élément de liaison 8, dans des éléments d'amplification de lumière Al-A7 (FIG. 2). Dans l'élément de liaison 8, les guides optiques 6 sont reliés à sept éléments d'amplification de lumière Al-A7. It is shown: Fig. 1 a laser measuring apparatus intended to be arranged in an aircraft, FIG. 2 a cross-sectional view of a bundle of fibers with pumping fibers and light amplifying elements, FIG. 3 a detail of a cross-section of a fiber bundle variant, FIG. 4 a diagram of the variation over time of a light pulse emission, and FIG. Another diagram of a variation variant of a light pulse emission FIG. 1 shows a laser measuring apparatus 2 with a number, for example seven lasers 4, only three of which are schematically represented in FIG. form of boxes, for clarity. The lasers 4 are master oscillators for the emission of excitation light pulses which are directed, by optical guides 6 and a connecting element 8, into light amplification elements Al-A7 (FIG. 2). In the connecting element 8, the optical guides 6 are connected to seven light amplification elements Al-A7.
Chacun des sept lasers 4 est relié de cette façon à un seul des sept éléments d'amplification de lumière Ai-A7. Each of the seven lasers 4 is connected in this way to only one of the seven light amplifying elements Ai-A7.
Les éléments d'amplification de lumière A1-A7 sont représentés sur la fig. 2 en coupe transversale. Ils comprennent un noyau 10 actif à activité laser, dopé à l'erbium, qui est entouré par une gaine de pompage 12 optiquement conductrice. Chacun des éléments d'amplification de lumière A1-A7 est entouré à son tour par six fibres optiques de pompage 14 qui sont reliées optiquement chacune à des diodes laser 18 par un guide optique 16. Les diodes laser 18 font partie intégrante, avec les guides optiques 16 et les fibres optiques de pompage 14, d'éléments de pompage 20 pour le pompage optique des éléments d'amplification de lumière A1-A7. The light amplification elements A1-A7 are shown in FIG. 2 in cross section. They comprise an erbium-doped active laser core which is surrounded by an optically conductive pumping sheath 12. Each of the light amplification elements A1-A7 is in turn surrounded by six pumping optical fibers 14 which are each optically connected to laser diodes 18 by an optical guide 16. The laser diodes 18 form an integral part, together with the guides. 16 optical and pumping optical fibers 14, pumping elements 20 for optical pumping light amplification elements A1-A7.
Pour le pompage optique des éléments d'amplification de lumière A1-A7, les diodes laser 18 émettent de la lumière de pompage dans une fréquence de pompage, laquelle rayonne dans les fibres optiques de pompage 14. A l'intérieur des fibres optiques de pompage 14, la lumière de pompage est réfléchie. Pour empêcher une sortie de la lumière de pompage des fibres optiques de pompage 14, les fibres optiques de pompage 14 et les éléments d'amplification de lumière A1-A7 sont 1 o entourés par une gaine de fibres 22 qui est constituée d'une matière présentant un indice de réfraction optique qui est inférieur à l'indice de réfraction de la matière des fibres optiques de pompage 14 ou des gaines de pompage 12. Par un contact optique des fibres optiques de pompage 14 entre elles et avec les éléments d'amplification de lumière Al- A7, après une certaine distance à travers une fibre optique de pompage 14, la lumière de pompage se trouve dans l'une des gaines de pompage 12 des éléments d'amplification de lumière A1-A7 et est réfléchie à l'intérieur de la gaine de pompage 12 jusqu'à ce qu'elle pénètre dans le noyau 10 et agisse sur la matière à activité laser du noyau 10. For optical pumping of the light amplifying elements A1-A7, the laser diodes 18 emit pumping light in a pumping frequency, which radiates in the pumping optical fibers 14. Inside the pumping optical fibers 14, the pumping light is reflected. In order to prevent pumping optical fibers 14 from escaping from the pumping light 14, the pump optical fibers 14 and the light amplifying elements A1-A7 are surrounded by a fiber sheath 22 which is made of a material having an optical refractive index which is less than the refractive index of the material of the pump optical fibers 14 or the pump casings 12. By an optical contact of the pump optical fibers 14 with each other and with the amplification elements After a certain distance through a pumping optical fiber 14, the pumping light is located in one of the pumping ducts 12 of the light amplifying elements A1-A7 and reflected back to the light source A1-A7. inside the pump sheath 12 until it enters the core 10 and acts on the laser activity material of the core 10.
Les éléments d'amplification de lumière A1-A7, les fibres optiques de pompage 14, la gaine de fibres 22 et une enveloppe de fibres 24 protégeant contre les influences extérieures, font partie intégrante d'un faisceau de fibres 26. La longueur du faisceau de fibres est choisie de manière à obtenir un passage aussi complet que possible de la lumière de pompage depuis les fibres optiques de pompage 14 dans les éléments d'amplification cie lumière A1-A7. Le faisceau de fibres 26 est enroulé en majeure partie, sur plusieurs mètres de longueur, dans un récipient 28. The light amplifying elements A1-A7, the pump optical fibers 14, the fiber sheath 22 and a fiber jacket 24 protecting against external influences form an integral part of a bundle of fibers 26. The length of the bundle The fiber is selected so as to obtain as complete a passage as possible of the pumping light from the pump optical fibers 14 in the light amplification elements A1-A7. The bundle of fibers 26 is wound for the most part, over several meters in length, in a receptacle 28.
Sur le côté tourné à l'opposé des lasers 4, il est prévu un élément de liaison 30 sur le faisceau de fibres 26, dans lequel les éléments d'amplification de lumière A1-A7 sont reliés chacun à un autre guide optique 32. Les fibres optiques de pompage se terminent à proximité de l'élément de liaison 30. On the opposite side of the lasers 4 there is provided a connecting element 30 on the fiber bundle 26, in which the light amplifying elements A1-A7 are each connected to another optical guide 32. pumping optical fibers terminate near the connecting element 30.
Les sept guides optiques 32 comprennent chacun une extrémité de guide optique 34 qui est disposée dans une unité de rayonnement 36. Les sept extrémités de guide optique 34 sont disposées dans un plan et éventuellement revêtues pour réduire les pertes de rayonnement. Sur la figure 1, au-dessus de l'unité de rayonnement 36, sont représentés des moyens optiques 40 qui ne sont indiqués que de manière schématique. Les moyens optiques 40 servent à diriger des 1 o impulsions de lumière, traversant les extrémités de guide optique 34, chacune dans un détail d'une scène-objet entourant l'appareil de mesure à laser 2, et à guider des impulsions de lumière réfléchie sur des éléments de détection 44 d'une unité de détection 42. L'unité de rayonnement 36 fait partie, avec des moyens optiques 40 et l'unité de détection 42, d'un dispositif optique 38 représenté dans son ensemble de manière schématique seulement. Le dispositif optique 38 peut pivoter, par une suspension à cardan 46, dans deux coordonnées de sphère, respectivement de 180, ce qui fait que l'unité de rayonnement 36 et l'unité de détection 42 peuvent être basculées par exemple par rapport au récipient 28 ou à des moyens de commande 48. Pour le déplacement du dispositif optique 38 il est prévu un moyen de déplacement 50, par exemple sous la forme de moteurs électriques qui sont commandés par les moyens de commande 48 lesquels comprennent une ou plusieurs unités de commande. The seven optical guides 32 each include an optical guide end 34 which is disposed in a radiation unit 36. The seven optical guide ends 34 are disposed in a plane and optionally coated to reduce radiation losses. In FIG. 1, above the radiation unit 36, optical means 40 are shown which are indicated only schematically. Optical means 40 serves to direct light pulses through the optical guide ends 34, each in a detail of a scene-object surrounding the laser meter 2, and to guide pulses of reflected light. on detection elements 44 of a detection unit 42. The radiation unit 36, together with optical means 40 and the detection unit 42, is part of an optical device 38 represented as a whole schematically only . The optical device 38 can be pivoted by cardan suspension 46 in two sphere coordinates, respectively 180, so that the radiation unit 36 and the detection unit 42 can be tilted for example with respect to the container. 28 or to control means 48. For displacement of the optical device 38 there is provided a displacement means 50, for example in the form of electric motors which are controlled by the control means 48 which comprise one or more control units .
Les guides optiques 32 sont guidés parallèlement au moins dans la zone de l'unité de rayonnement 36, sur le côté des éléments d'amplification de lumière Al-A7 tourné à l'opposé des lasers 4, ce qui fait qu'en combinaison avec les moyens optiques 40, ils peuvent éclairer une ligne de détails de la scène-objet. Par un simple basculement du dispositif optique 38, transversalement à la ligne, on peut éclairer une deuxième ligne de détails de la scène-objet, etc., jusqu'à éclairer toute 2872293 tl une matrice souhaitée de détails de la scène-objet par des impulsions de lumière. The optical guides 32 are guided in parallel at least in the region of the radiation unit 36, on the side of the light amplifying elements Al-A7 turned away from the lasers 4, so that in combination with the optical means 40, they can illuminate a line of details of the scene-object. By a simple tilting of the optical device 38, transversely to the line, a second line of details of the scene-object, etc., can be illuminated, until a desired matrix of details of the scene-object is illuminated by pulses of light.
Les éléments d'amplification de lumière A1-A7 et les fibres optiques de pompage 14 se situent respectivement parallèlement et très serrés dans le faisceau de fibres 26. Les éléments d'amplification de lumière A1-A7 sont reliés ici optiquement, le long de leurs faces longitudinales de fibres 52, aux fibres optiques de pompage 14. Toutes les fibres optiques de pompage 14 sont reliées entre elles optiquement dans le faisceau de fibres 26. De la lumière de pompage, guidée dans t o une fibre optique de pompage 14, peut atteindre de cette façon tous les éléments d'amplification de lumière A1-A7. Pour réaliser une liaison optique particulièrement intensive, les sections transversales des fibres optiques de pompage 14 et des éléments d'amplification de lumière Al-A7 peuvent présenter une géométrie qui diffère de la section transversale circulaire montrée sur la figure 2, par exemple une section hexagonale, comme montré sur la figure 3. Les éléments d'amplification de lumière A' et les fibres optiques de pompage 14' s'appliquent ici à plat les uns contre les autres le long de leurs faces longitudinales de fibre 52', ce qui fait que la lumière de pompage provenant des fibres optiques de pompage 14' pénètre très rapidement, depuis les fibres optiques de pompage 14', dans des gaines de pompage 12' des éléments d'amplification de lumière A'. A la place de la géométrie hexagonale montrée sur la figure 3, on peut imaginer aussi une géométrie carrée de la section transversale des fibres optiques de pompage et des éléments d'amplification de lumière. The light amplification elements A1-A7 and the pump optical fibers 14 are respectively parallel and very tight in the fiber bundle 26. The light amplifying elements A1-A7 are optically connected here, along their longitudinal faces of fibers 52, to the optical fibers for pumping 14. All the optical pump fibers 14 are connected to each other optically in the fiber bundle 26. From the pumping light, guided in a pumping optical fiber 14, can reach in this way all the light amplification elements A1-A7. To achieve a particularly intensive optical connection, the cross sections of the pump optical fibers 14 and the light amplifying elements Al-A7 may have a geometry that differs from the circular cross-section shown in FIG. 2, for example a hexagonal section. As shown in FIG. 3, the light amplifying elements A 'and the pumping optical fibers 14' are flattened against each other along their longitudinal fiber faces 52 ', which makes that the pumping light from the pump optical fibers 14 'penetrates very rapidly from the pump optical fibers 14' into pump ducts 12 'of the light amplifying elements A'. In place of the hexagonal geometry shown in FIG. 3, a square geometry of the cross-section of the pump optical fibers and the light amplification elements can also be imagined.
Pour l'émission d'une impulsion laser par l'appareil de mesure à laser 2, on pompe les éléments d'amplification de lumière Ai-A7, comme décrit cidessus. D'un premier instant ti, fixé par les moyens de commande 48, l'un des lasers 4 émet une impulsion de lumière d'excitation (voir figure 4). Ce laser 4 est relié optiquement par exemple à l'élément d'amplification de lumière A1-A2. L'impulsion de lumière d'excitation est introduite dans le noyau 10 de l'élément d'amplification de lumière Al et entraîne à cet endroit une désexcitation massive de la matière du noyau. Une forte impulsion laser avec une fréquence laser différente de la fréquence de pompage est produite par l'élément d'amplification de lumière Al et guidée par l'un des guides optiques 32 vers l'extrémité de guide optique 34 du guide optique 32, et y est émise dans un détail de la scène-objet. Les moyens de commande 48 sont conçus pour cela, pour une affectation des extrémités de guide optique 34 et des éléments de détection 44 à des détails de la scène-objet. Une 1 o part réfléchie de l'impulsion de lumière émise est enregistrée à un instant légèrement ultérieur par un ou plusieurs éléments de détection 44 qui émettent un signal correspondant aux moyens de commande 48. De la durée qui s'écoule entre le premier instant tl et l'instant ultérieur, on détermine une distance par rapport à un objet, réfléchissant l'impulsion de lumière, dans le détail de la scène-objet. For the emission of a laser pulse by the laser measuring apparatus 2, the light amplifying elements Ai-A7 are pumped as described above. At a first instant ti, fixed by the control means 48, one of the lasers 4 emits an excitation light pulse (see FIG. 4). This laser 4 is optically connected for example to the light amplification element A1-A2. The excitation light pulse is introduced into the core 10 of the light amplifying element A1 and at this point causes a massive deexcitation of the core material. A strong laser pulse with a laser frequency different from the pumping frequency is produced by the light amplifying element A1 and guided by one of the optical guides 32 to the optical guide end 34 of the optical guide 32, and there is emitted in a detail of the scene-object. The control means 48 are designed for this purpose, for an assignment of the optical guide ends 34 and the detection elements 44 to details of the scene-object. A reflected part of the emitted light pulse is recorded at a slightly later time by one or more detection elements 44 which emit a signal corresponding to the control means 48. The duration which elapses between the first instant tl and the subsequent moment, a distance from an object, reflecting the impulse of light, is determined in the detail of the scene-object.
Ensuite, à un deuxième instant t2 les moyens de commande 48 commandent un autre laser 4 qui émet maintenant à son tour une impulsion de lumière d'excitation. Ce laser 4 est relié à l'élément d'amplification de lumière A2. Cet élément d'amplification de lumière A2 amplifie l'impulsion de lumière d'excitation du laser de la manière décrite ci-dessus, de sorte qu'une impulsion de lumière produite est émise par l'unité de rayonnement 36 en combinaison avec les moyens optiques 40 dans un deuxième détail de la scène-objet, et y est réfléchie. L'impulsion de lumière réfléchie est enregistrée à un instant ultérieur par un autre élément de détection 44 de l'unité de détection 42, et un signal est transmis par cet élément de détection 44 aux moyens de commande 48. A partir de la durée qui s'écoule entre le troisième instant t3 et l'instant ultérieur, on détermine une distance par rapport à un objet dans le deuxième détail de la scène-objet. Ensuite, à un troisième instant t3, un signal est à nouveau émis par les moyens de commande 48 à un troisième laser 4 qui excite l'élément d'amplification de lumière A3. Un objet dans un troisième détail de la scène-objet est éclairé et sa distance est calculée. De cette façon, tous les lasers 4 sont activés successivement par les moyens de commande 48 et des impulsions de lumière sont émises par les sept éléments d'amplification de lumière Ai-A7 les uns après les autres, dans sept détails différents de la scène-objet. Then, at a second time t2 the control means 48 control another laser 4 which now in turn emits a pulse of excitation light. This laser 4 is connected to the light amplification element A2. This light amplifying element A2 amplifies the laser excitation light pulse as described above, so that a generated light pulse is emitted by the radiation unit 36 in combination with the means optics 40 in a second detail of the scene-object, and is reflected therein. The reflected light pulse is recorded at a later time by another detection element 44 of the detection unit 42, and a signal is transmitted by this detection element 44 to the control means 48. From the duration which flows between the third instant t3 and the subsequent instant, a distance is determined with respect to an object in the second detail of the scene-object. Then, at a third instant t3, a signal is again emitted by the control means 48 to a third laser 4 which excites the light amplification element A3. An object in a third detail of the scene-object is illuminated and its distance is calculated. In this way, all the lasers 4 are activated successively by the control means 48 and light pulses are emitted by the seven light amplifying elements A 1 -A 7 one after the other, in seven different details of the scene. object.
La figure 4 montre dans un diagramme schématique le déroulement de cette émission séquentielle d'impulsions de lumière dans des détails de la scène-objet. Au premier instant t1, le premier 1 o laser 4, réalisé comme oscillateur-maître Mi, est commandé par les moyens de commande 48. Pendant une première durée Ait, cet oscillateur- maître Mi émet une impulsion de lumière d'excitation. Avant qu'au deuxième instant t2 l'un des lasers 4, conçu comme deuxième oscillateur- maître M2, ne soit commandé par les moyens de commande 48, une deuxième durée Ait s'est écoulée à l'intérieur de laquelle la première impulsion de lumière émise a été réfléchie et détectée par l'unité de détection 42. Il est possible aussi de choisir la deuxième durée Ait plus petite, le deuxième instant t2 ou le troisième instant t3 étant cependant choisi en principe de manière qu'une impulsion de lumière d'excitation suivante ne soit émise avant que l'impulsion de lumière d'excitation précédente ne soit terminée. FIG. 4 shows in a schematic diagram the progress of this sequential emission of light pulses in details of the scene-object. At the first instant t1, the first laser 4, made as master oscillator Mi, is controlled by the control means 48. During a first duration Ait, this master oscillator Mi emits a pulse of excitation light. Before at the second instant t2 one of the lasers 4, designed as the second master oscillator M2, is controlled by the control means 48, a second duration Ait has elapsed within which the first pulse of light emitted has been reflected and detected by the detection unit 42. It is also possible to choose the second duration Ait smaller, the second time t2 or the third time t3 is however chosen in principle so that a light pulse the next excitation pulse is emitted before the previous excitation light pulse is completed.
De cette façon, tous les oscillateurs-maîtres Mi-M7 sont commandés de façon séquentielle et les éléments d'amplification de lumière A1A7 sont désexcités de façon séquentielle. La succession de la désexcitation des éléments d'amplification de lumière Al-Ai est choisie ici de manière qu'entre un premier élément d'amplification de lumière Al et un élément d'amplification de lumière A2 désexcité ensuite, il y ait une distance aussi grande que possible et un nombre aussi grand que possible de fibres optiques de pompage 14 soit disposé. De cette façon, la désexcitation de l'élément d'amplification de lumière Al n'influence pas ou insensiblement seulement l'excitation qui se poursuit encore de l'élément d'amplification de lumière A2 suivant. Les oscillateurs-maîtres M1-M7 sont associés aux éléments d'amplification de lumière A1-A7 de manière qu'entre des éléments d'amplification de lumière A1, A2 ou A3, A4 respectivement A5, A6, désexcités les uns après les autres, soient disposées au moins deux fibres optiques de pompage 14. Une liaison optique entre des amplificateurs de lumière désexcités ensuite ne se produit ainsi dans le faisceau de fibres 6 que par au moins deux fibres optiques de pompage 14. Entre le sixième et le septième élément d'amplification de lumière A6, A7, ceci n'est pas le cas 1 o exceptionnellement, et dans le cas d'un faisceau de fibres comportant un plus grand nombre d'éléments d'amplification de lumière, un espacement d'au moins deux fibres optiques de pompage est généralement possible. In this way, all the Mi-M7 master oscillators are sequentially controlled and the A1A7 light amplifying elements are de-energized sequentially. The succession of the de-excitation of the light amplifying elements A1-Ai is chosen here so that between a first light amplifying element A1 and a light amplification element A2 subsequently de-energized, there is also a distance as large as possible and as many as possible of pumping optical fibers 14 be disposed. In this way, the de-excitation of the light amplifying element A1 does not influence or insensibly only the continuing excitation of the next light amplifying element A2. The master oscillators M1-M7 are associated with the light amplification elements A1-A7 so that between light amplifying elements A1, A2 or A3, A4 respectively A5, A6, de-energized one after the other, at least two pumping optical fibers 14 are arranged. An optical connection between de-energized light amplifiers is then produced in the fiber bundle 6 only by at least two pumping optical fibers 14. Between the sixth and the seventh this is not the case exceptionally, and in the case of a fiber bundle having a larger number of light amplifying elements, a spacing of at least two Optical fiber pumping is usually possible.
Une variante de séquence temporelle pour l'émission d'impulsions de lumière est représentée de manière schématique sur la figure 5. Le premier et le deuxième oscillateur-maître M1, M2 sont ici commandés simultanément par les moyens de commande 48 pour l'émission d'une impulsion de lumière d'excitation. Les éléments d'amplification de lumière A1, A2 reliés respectivement aux oscillateurs-maîtres MI, M2 se font face ici à l'intérieur du faisceau de fibres 26, ce qui fait que les excitations des éléments d'amplification de lumière Al, A2 ne se gênent réciproquement que dans une mesure négligeable. Ensuite, le troisième et le quatrième oscillateur-maître M3, M4 et avec ceux-ci le troisième élément d'amplification de lumière As et l'élément d'amplification de lumière A4faisant face à celui-ci, sont excités. Dans l'agencement représenté sur la figure 2, il reste finalement le septième élément d'amplification de lumière A7 avec le septième oscillateur-maître M7 qui seul est commandé, et on peut imaginer des géométries de faisceaux de fibres 26 qui permettent une commande de principe par paire ou par groupe d'oscillateurs-maîtres ou d'éléments d'amplification de lumière. An alternative time sequence for the emission of light pulses is shown diagrammatically in FIG. 5. The first and second master oscillators M1, M2 are here controlled simultaneously by the control means 48 for the transmission of light. an excitation light pulse. The light amplification elements A1, A2 respectively connected to the master oscillators MI, M2 are opposite each other inside the fiber bundle 26, so that the excitations of the light amplification elements A1, A2 interfering with each other only to a negligible extent. Then, the third and fourth master oscillators M3, M4 and with them the third light amplifying element As and the light amplifying element A4 facing it, are excited. In the arrangement shown in FIG. 2, there remains finally the seventh light amplifying element A7 with the seventh master oscillator M7 which alone is controlled, and it is possible to imagine fiber bundle geometries 26 which allow a control of principle by pair or group of master oscillators or light amplification elements.
Du fait de la disposition éloignée d'éléments d'amplification de lumière Al-A6 désexcités simultanément et du fait d'au moins deux fibres optiques de pompage 14 disposées entre ceux-ci, une forte absorption des éléments d'amplification de lumière Ai, A3, A5, se produisant après une désexcitation, ne gêne pas ou dans une mesure négligeable seulement l'absorption simultanée des éléments d'amplification de lumière A2, A4, A6. Due to the distant arrangement of simultaneously de-energized Al-A6 light amplifying elements and the fact of at least two pumping optical fibers 14 disposed therebetween, a strong absorption of the light amplifying elements Ai, A3, A5, occurring after de-excitation, does not interfere or to a negligible extent only the simultaneous absorption of the light amplifying elements A2, A4, A6.
Pour faciliter l'affectation des impulsions de lumière réfléchies et reçues par l'unité de détection 42, deux impulsions de lumière émises simultanément peuvent être conçues comme trains d'impulsions qui 1 o sont modulés différemment en fréquence ou en amplitude. Il est possible aussi d'émettre des impulsions de lumière produites simultanément dans des détails, aussi éloignés que possible les uns des autres, de la scène-objet, ce qui fait que les impulsions de lumière réfléchies par les moyens optiques 40 parviennent sur des éléments de détection 44 très éloignés les uns des autres, et peuvent ainsi être distingués les unes des autres. Ceci permet d'accroître considérablement la fréquence de répétition des images. To facilitate the assignment of reflected light pulses received by the detection unit 42, two light pulses transmitted simultaneously may be designed as pulse trains which are modulated differently in frequency or amplitude. It is also possible to emit pulses of light produced simultaneously in details, as far as possible from each other, from the scene-object, so that the light pulses reflected by the optical means 40 reach the elements. detection 44 very far from each other, and can thus be distinguished from each other. This greatly increases the repetition rate of the images.
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