电光测距仪制造技术

一种电光测距仪（４），其具有：作为激光源的锥形二极管激光器（１）；用于生成脉冲激光射束的激光源控制器（６）；具有估算单元（９）的探测器（８）和接收光学系统（７），用于接收和估算由目标（ＺＩ）反射的测量射束（ＲＳ）以便进行测距，所述电光测距仪具有用于脊形波导（２）和锥形波导（３）的独立供电系统，并具有对激光射束进行象散补偿和准直的发射光学系统（５）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的电光测距仪、 一种具有这种测距仪的测量设备以及一种根据权利要求12的前序部分的在测距仪中生成脉冲式激光射束的方法。
技术介绍
在很多测地应用中，发射激光是必须的或者是有利的。这尤其涉及 测地精度通常处于毫米或者亚毫米范围内的电光测距，例如可以通过脉冲渡越时间测量原理或者相位测量原理实现所述测地精度。例如在EP 0 738 899 Bl或者WO2004/074773中对用于测距的符合此类的适当方法和 系统进行了描述。测地应用要求在相对远的距离上进行测距，这对射束源提出了很高 的要求。如果射束源所提供的射束具有良好限定的光脉冲形状，那么对 于高精度测距是有利的。因此，对于根据渡越时间测量原理的精确测距 而言，射束源必须被脉冲化到纳秒范围内、必须具有高的脉冲峰值功率 并且必须具有非常好的射束质量，例如具有平坦且不弯曲的发射波前 (Emissionswellenfront)。将测地设备的激光发射应用于这一重要领域对功率和模结构 (Modenstruktur)提出了要求。虽然在连续发射时功率达到毫瓦的范围， 但对于在相对远距离上进行测距而言，功率达到几十瓦的范围是有利的， 这可以在脉冲模式下特别是通过短的高能量脉冲来实现。此外，应当提 供尽可能小且均匀的射束截面，以使得小结构的分辨率(eine Aufl6simg kleiner Strukturen)也是可行的。射束截面或者射束轮廓应当在整个测量 距离上尽可能保持不变或者仅微小地改变。在现有技术的测地测距中，经常使用激光二极管作为激光源。然而，这些半导体激光器的缺点是，它们在多模工作模式下发射，并且作为边 发射器，它们具有在几何形状上的不良射束截面。因此，在现有技术中存在各种方法，通过适当选择激光器类型、特 殊工作模式以及射束成形装置，将激光源的发射转换为精确测地应用可 利用的形式。例如，WO 01/84077公开了一种光学测距仪，其通过布置在下游的 射束成形光学系统来如此偏转边发射激光二极管的部分射束并将其引导 至物镜的光阑，以使得该部分射束基本填满该光闹。然而，激光二极管 的发射仍然具有多模特性。此外，为了提升功率还可以将一个阵列中的多个单独的激光二极管 的发射组合到一个共同的射束中，这种组合的缺点是相干性很差。目前在市场上可购买到的发射面积为1X3 um的窄带半导体激光器 允许衍射受限的发射，但是该窄带半导体激光器仅对于小于1瓦的脉冲 峰值功率的脉冲范围具有例如5000小时的可接受的使用寿命。更高的脉 冲峰值或者峰值功率将对光出射面造成不可逆转的损伤(COD: catastrophic optical damage破坏性光学损伤)。形成用于更高功率范围的发射宽度为100至500um的宽带发射器 能够在脉冲模式下在小于l^sec内承受高达几十瓦的最大脉冲功率，但 是这种宽带发射器具有非常差的发射特性(Abstrahlcharakteristik)，即多 模工作。借助衍射元件的或者安装到外部腔体(Kav旭t)中的射束成形 尽管能够优化发射特性，但却带来巨大成本开销，例如在谐振器调节方 面或者与窄带发射器相比质量明显受限(衍射解决方案)。EP 1 517 415和WO 2005/029114公开了一种用于改善测地设备中激 光射束的发射的激光源，在该激光源中通过模选择部件来干预多模发射 激光二极管的射束，使得由该激光源发射的激光射束具有单模特性。为 此，提出了借助其内设有模选择部件的外部腔体来驱动边发射器或者垂 直半导体发射器，该模选择部件例如是单模光纤或者谐振镜 (Resonatorspiegel)，它们构成了模选择谐振器结构。为了补偿由于延长 的腔体而导致的更大脉冲持续时间，可以釆用具有负散射的部件进行脉6冲压縮。此外，原则上在测地设备中也可以采用其他的激光器类型，例如通 过半导体激光器泵浦的处于单模工作模式下的微芯片固态激光器。然而， 这种微芯片固态激光器具有大尺寸、高能耗和例如由于热效应而导致的 不良工作特性这些缺点。因此，在实践中，这种解决方案在供现场勘测 使用方面的适用性受到限制。二极管泵浦的固态激光器在射束质量和峰值功率方面满足要求，但 是原理上非常复杂(泵浦激光器具有驱动装置、入射光学系统、放大介 质、质量电路、谐振器)，并且非常昂贵。此外，这些固态激光器还通常 不允许灵活调整脉冲速率，这是因为该灵活调整在低效率的情况下由于 高的热负荷而受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有激光源的测地勘测装置，该激光源的 发射在相同功率情况下具有改善的射束质量、或者在相同射束质量情况 下具有更高功率、或者既具有更高功率也具有改善的射束质量。本专利技术的另一个目的在于能够在尺寸、复杂度、能耗和/或构造方面 对具有激光源的测地勘测装置在结构上进行改进。根据本专利技术，这些目的通过权利要求l、 11或者12的特征以及通过 从属权利要求的特征来解决，或者说进一步改进这些解决方案。本专利技术基于将锥形二极管激光器整合到测地测距仪中。在市场上可 以购买到锥形二极管激光器(即，"tapereddiode laser")或者说单模单发 射器半导体激光器(例如在DE 197 17 571或者WO 98/49759中所述)， 用于几个瓦特范围内的cw激光工作。它们包括脊形波导，该脊形波导具 有类似于窄带发射器那样的非常好的射束质量并且连接到锥形波导，该 锥形波导在实践中接收输出的模并在内部进行放大。因此，在理论上输 出功率为几个瓦特的cw就能够实现近似衍射受限的M、1.5的射束质量。将锥形二极管激光器整合到测地设备中是有问题的。典型情况下为 1x200 um的发射面积与宽带发射器(Breitstreifenemitter)具有可比性，但是该发射具有非常严重的象散(Astigmatismus)。在快速发散轴或者快 轴上，射束腰部(Strahltaille)位于发射器面处，而与宽带发射器相反的 是，在慢轴上表现出的发射点不是在发射器面上或者发射器面附近，而 是位于脊形波导至锥形波导的过渡部上。由于这种严重非对称的结构， 锥形二极管激光器在锥形长度为2mm的情况下具有大约为600IX m的非 常高的象散。为了应用于测地设备中，要求调整特殊的光学系统，以便对象散进 行补偿，并同时进行对位于远距离处的目标进行勘测通常所要求的准直 操作，其中，射束截面的平行对称化也是有利的。因此，必须通过光学 系统1对发射点在这两个轴上的发散进行校正或者补偿，并且必须使得 即使在远距离上也能照射目标。这里，将锥形二极管激光器用作射束源 所要求的象散校正与窄带发射器中常用的射束干预措施不同，这是因为 在窄带发射器情况下象散小两个数量级并且不需要进行校正。通过适当设计光学系统，也可以有效入射到单模光纤内，从而能够 与该光学系统无关地来定位锥形二极管激光器和脉冲的驱动电子设备。为了在测地测距仪中操作锥形二极管激光器而采用电子脉冲电路作 为控制装置，视渡越时间测量的测量速度和分辨率而定，该电子脉冲电 路在最高为lMHz的重复速率下输出介于一纳秒至几十纳秒之间的脉冲 宽度。由于锥形二极管激光器的发射面相对较大，在脉冲宽度为5至10ns 的情况下输出功率可以超过2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光测距仪（４），其包括：　.具有激光源控制装置（６）的激光源，用以生成脉冲持续时间小于５００ｎｓ并且脉冲峰值功率大于１Ｗ的脉冲激光射束，　.发射光学系统（５），用于将作为测量射束（ＭＳ）的激光射束发射到待勘测的目标（ＺＩ） ，　.具有估算单元（９）的探测器（８，８＇）和接收光学系统（７），用于接收和估算由目标（ＺＩ）反射的测量射束（ＲＳ），以便进行测距，　其特征在于，　所述激光源具有锥形二极管激光器（１），该锥形二极管激光器（１）具有用于脊形 波导（２）和锥形波导（３）的独立供电系统，并且其特征还在于，所述发射光学系统（５）被形成为用于对激光射束进行象散补偿和准直。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯延森，彼得基佩弗，劳伦特施陶费尔，雷托施图茨，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]