位相光電距離計の光源の詳しい説明

位相光電距離計の光源の詳しい説明

位相距離計の光源には、主にガリウム砒素 (GaAs) ダイオードとヘリウム ネオン (He-Ne) ガス レーザーが含まれます。 前者は一般的に短距離の距離計で使用され、後者は中距離および長距離の距離計で使用されます。 以下にこれら 2 つの光源について紹介します。

(1) ガリウムヒ素 (GaAs) ダイオード

ガリウムヒ素 (GaAs) ダイオードは結晶ダイオードです。 一般的なダイオードと同様に、図 {{0} に示すように、内部にも接合があります。 順方向抵抗は小さく、逆方向抵抗は大きい。 順方向に強い電流を注入すると、接合部から0.72～0.94mの波長の赤外光が出現し、放出される光の強度は注入電流の大きさに応じて変化します。したがって、供給電流を変更することで簡単に変更できます。光強度の出力を変調することは、いわゆる「直流変調」です。 これは、距離計を光源として使用する場合、光強度を直接変調することができ、複雑な構造や高消費電力の変調器を設ける必要がないため、非常に有意義である。 さらに、他の光源と比較して、ガリウムヒ素ダイオード光源は、小型、軽量、構造がしっかりしており、振動の心配がないという利点があり、距離計の小型化と携帯性に役立ちます。

(2) ヘリウムネオン(He-Ne)ガスレーザー

ヘリウム・ネオン・ガス・レーザーは、放電管、励起電源、および共鳴空洞から構成されます。 放電管は内径数ミリの水晶管です。 チューブ内にはヘリウムとネオンの混合ガスが充填されています。 チューブの長さは数センチメートルから数十センチメートルまでさまざまです。 真空管が長ければ長いほど、出力は高くなります。 光学的に精密に加工されたブリュースター窓がチューブの両端に取り付けられています。 励起電力は、一般に、DC、AC、または高周波電力の放電方法を使用できます。 現在では直流放電方式が最も多く使われており、レーザー出力が安定していることが利点です。 共振空洞は 2 つの球面ミラーで構成され、1 つは完全に反射し、もう 1 つは部分的に透明です。 透過率は 2%、つまり反射率は 98% です。

放電管内のヘリウム原子は、励起電源の励起下で、継続的に高エネルギーレベルにジャンプします。 ネオン原子に衝突すると、エネルギーは継続的にネオン原子に伝達され、ネオン原子は継続的に高いエネルギー準位にジャンプし、また高いエネルギー準位に戻ります。 基本レベルまで。 同時に、光子の励起下で、高エネルギーレベルにあるネオン原子が放射して基本エネルギーレベルに戻るように刺激され、このときに新しい光子が生成されます。 一般に、ほとんどの光子は管壁を通って飛び出すか、管壁に吸収され、管壁の軸に沿った光子のみが 2 つのミラーの間で往復反射され、その結果、光が連続的に放射され、増幅されます。 。

ブリュースター窓は高度に研磨された水晶板であり、窓表面の法線と管の軸との間の角度はブリュースター角と呼ばれます。 この角度は窓の材質によって異なりますが、クリスタル窓の場合はほぼ 56° に等しくなります。 光波が管の軸に沿って窓に入射すると、紙面に沿った光波の電気振動成分（図の矢印）は反射されずに全透過します。 一方、紙面に垂直な方向の成分（図中矢印で示す黒点）は反射され、残りの光は紙面に沿って振動する直線偏光となる。 その後、この種の光は共振空洞内を往復します。これは、新しく生まれた誘導放射の光子が元の光子と同じ振動方向を持っているためです。つまり、蓄積された光は常にその方向に沿って振動する直線偏光です。したがって、それらがブリュースター窓を往復するたびに、ほとんどすべての光がほとんど光を失うことなく通過します。

ブリュースター窓を備えたレーザーは直線偏光を直接出力するため、光電変調器グループに偏光子が不要となり、一般的な変調器の入射光が偏光子を通過することによる光強度の約50％の損失を回避できます。欠陥。 したがって、上記のレーザーを搭載した距離計の最大範囲は 40-50 km に達します。

ヘリウムネオンガスレーザーが発するレーザーは、周波数と位相が非常に安定しており、指向性が高く、連続発光するため、レーザー測距、コリメーション、通信、ホログラフィーなどに広く使用されています。 しかし、ヘリウムネオンガスレーザーには、効率が非常に低く、入力電力に対する出力電力の比がわずか1000分の1しかないという欠点もあります。 したがって、レーザー距離計のレーザー出力はわずか約 2-5mW です。