Die Erfindung betrifft einen Laserpulsgenerator mit einer Pulsformgenerierungseinrichtung, aufweisend einen Pulsformspeicher zur Speicherung von Daten und einen damit verbundenen Digital-Analog-Wandler, einen ersten Anschluss zum Zuführen eines Taktsignals und einen zweiten Anschluss zur Ausgabe eines Ausgangssignals, wobei der Digitalanalogwandler im Takt eines am ersten Anschluss eingehenden Taktsignals ein Ausgangssignal erzeugt, dass am zweiten Anschluss ausgegeben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Laserpulses.

Stand der Technik

Ein solcher Lasersignalgenerator ist beispielsweise aus der CN 213547471 U und der DE 10 2016 212 929 A1 bekanntgeworden.

Laserdioden erzeugen einen Laserpuls, indem ein Treiber der Laserdiode mit einer Laserpulsform angesteuert wird. Laserpulsformen können auf einfache Weise über einen Digital-Analog-Wandler ausgegeben werden. Dabei wird mit einem Ausgabetakt der Speicherinhalt eines Pulsformspeichers über den Digital-Analog- Wandler ausgegeben. Bei einer vom Anwender gestarteten sogenannten Puls-on- demand-Triggerung kann es zu einem Ausgabejitter kommen, da das Startereignis bzw. Triggerereignis nicht zwingend mit dem Ausgabetakt des Speichers bzw. Digital-Analog-Wandlers korreliert.

Sowohl die DE 102016212 929 A1 als auch die CN 213547471 U verwenden zur Generierung einer Laserpulsform einen Logikbaustein, insbesondere einen FPGA. Mit solchen Logikschaltungen ist es nicht möglich, Nanosekunden-Laserpulse einer Länger im Bereich von 25 Nanosekunden jitterfrei zu generieren.

Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Laserpulsgenerator und ein Verfahren zur Erzeugung eines Laserpulses aufzuzeigen, mit denen ein Laserpuls mit geringem Ausgabejitter, insbesondere ein in Nanosekundenschritten formbarer Laserpuls, erzeugt werden kann.

Lösung

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Laserpulsgenerator mit a) einer Pulsformgenerierungseinrichtung, aufweisend

- einen Pulsformspeicher zur Speicherung von Daten und einen damit verbundenen Digital-Analog-Wandler,

- einen ersten Anschluss zum Zuführen eines Taktsignals,

- einen zweiten Anschluss zur Ausgabe eines Ausgangssignals, wobei der Digital-Analog-Wandler im Takt eines am ersten Anschluss eingehenden Taktsignals ein Ausgangssignal erzeugt, das am zweiten Anschluss ausgegeben wird, b) einer Synchronisationsschaltung, die einen dritten Anschluss zum Anschluss einer ein Triggersignal übertragenden Triggersignalleitung aufweist und mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, c) ein Taktstoppglied, das mit dem ersten Anschluss verbunden ist, wobei die Synchronisationsschaltung eingerichtet ist, das Taktstoppglied in Abhängigkeit von dem Triggersignal und dem am zweiten Anschluss ausgegebenen Ausgangssignal anzusteuern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der Unteransprüche. Mit dem erfindungsgemäßen Laserpulsgenerator können Nanosekundenlaserpulse mit einstellbarer zeitlicher Form generiert werden. Die zeitliche Form kann über die im Pulsformspeicher gespeicherten Daten eingestellt werden. Dabei kann der Pulsformspeicher über einen Microcontroller befüllt werden. Der Microcontroller kann über einen Bus, insbesondere einen SPI-Bus an den Pulsformspeicher angeschlossen sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Laserpulsgenerator ist es insbesondere möglich, die Schritte, in denen der Laserpuls geformt werden soll, im Bereich von wenigen Nanosekunden oder sogar im Subnanosekundenbereich durchzuführen. Der Laserpuls kann arbiträr, d.h. zufällig, angefordert werden. Die Anforderung erfolgt über das Triggersignal auf der Triggersignalleitung. Der Jitter des Laserpulses, der in Reaktion auf das Ausgangssignal erzeugt wird, liegt mit dem erfindungsgemäßen Laserpulsgenerator bei weniger als zwei Nanosekunden. Der Laserpulsgenerator ist vorzugsweise ohne FPGA (Field Programmable Gate Array) oder vergleichbare Logikschaltung ausgestaltet.

Der Pulsformspeicher kann in den Digital-Analog-Wandler integriert sein. Der Inhalt des Pulsformspeichers kann im Takt des Taktsignals, das im Bereich 50 MHz - 2,5 GHz liegen kann, zyklisch ausgegeben werden. In Reaktion auf ein Triggersignal und einen bestimmten Zustand des Ausgangssignals kann das Taktsignal angehalten werden, indem das Taktstoppglied, welches vorzugsweise mit einer Takteinheit, insbesondere einem Taktsignalgenerator verbunden ist, entsprechend angesteuert wird. Anschließend, insbesondere nach einer vorgegebenen Zeit, kann das Taktsignal wieder freigegeben werden und definiert an den Digital-Analog-Wandler gegeben werden, so dass ein Ausgangssignal, das einer Laserpulsform entspricht, mit einem minimalen Jitter erzeugt wird, welches an einen einer Laserdiode vorgeschalteten Verstärker zur Erzeugung eines Laserpulses gegeben werden kann.

Die Synchronisationsschaltung kann ein Überwachungselement zur Überwachung des Ausgangssignals aufweisen. Insbesondere kann das Überwachungselement ausgebildet sein, eine Flanke des Ausgangssignals zu überwachen oder ob das Ausgangssignal einen Referenzwert überschreitet oder unterschreitet. Somit kann sichergestellt werden, dass das Taktsignal erst dann angehalten wird, wenn sich das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers an einer bestimmten Stelle befindet. Somit kann sichergestellt sein, dass das Taktsignal bei jedem Triggerereignis erst dann angehalten wird, wenn sich der Pulsformspeicher an einer genau definierten Stelle befindet.

Die Synchronisationsschaltung kann ein mit dem Taktstoppglied verbundenes Ansteuerglied aufweisen, das mit dem dritten Anschluss verbunden ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Taktstoppglied nur dann angehalten wird, wenn ein Laserpuls angefordert wird, d.h. ein Triggersignal vorliegt.

Das Ansteuerglied kann als Logikbaustein ausgebildet sein.

Vorteilhafterweise kann das Ansteuerglied mit dem Überwachungselement verbunden sein. Dem Ansteuerglied können somit sowohl das Triggersignal als auch das Ausgangssignal des Überwachungselements zugeführt werden. Nur wenn eine entsprechende Signalkombination vorliegt, kann das Taktsignal angehalten werden, indem das Taktstoppglied entsprechend angesteuert wird.

Vorteilhafterweise weist das Ansteuerglied ein Zeitelement auf. Das Zeitelement bewirkt, dass das Taktsignal nach einer vorgegebenen Zeit wieder freigegeben wird. Das Zeitelement kann programmierbar sein, so dass unterschiedliche vorgegebene Zeiten programmiert werden können.

An den zweiten Anschluss kann ein Schaltelement angeschlossen sein, das durch die Synchronisationsschaltung, insbesondere das Ansteuerglied, angesteuert ist. Dabei kann das Schaltelement so angesteuert werden, dass das Ausgangssignal nur dann an einen Verstärker weitergeleitet wird, wenn eine Synchronisierung erfolgt ist.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Erzeugung eines Laserpulses mit den Schritten: a) Ausgaben von Daten, insbesondere einer digital codierten Pulsform, von einem Pulsformspeicher an einen Digital-Analog-Wandler (DAC) b) Erzeugen eines Ausgangssignals im DAC im Takt eines Taktsignals einer Takteinheit und Ausgabe des Ausgangssignals, wobei c) das Taktsignal unter Berücksichtigung des Ausgangssignals synchronisiert wird.

Auf diese Art und Weise kann ein Ausgangssignal, aus dem ein Laserpuls generiert wird, mit geringem Jitter erzeugt werden.

Das Ausgangssignal kann überwacht werden, insbesondere hinsichtlich seines Werts oder seiner Flanken. Insbesondere kann das Taktsignal angehalten werden, wenn das Ausgangssignal unter einen vorgegebenen Wert fällt.

In Reaktion auf ein Triggersignal kann das Taktsignal für eine vorgegebene Zeit ausgesetzt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Taktsignal nur dann ausgesetzt wird, wenn zum einen das Triggersignal anliegt und zum anderen das Ausgangssignal eine vorgegebene Bedingung erfüllt.

In der Reaktion auf das Triggersignal kann das Ausgangssignal an einen einer Laserdiode vorgeschalteten Verstärker weitergeleitet werden. Dies kann zeitverzögert erfolgen, nämlich wenn eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, nachdem das Triggersignal anliegt und das Ausgangssignal einen vorgegebenen Wert annimmt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nach notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Figurenliste

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Laserpulsgenerators; und

Fig. 2: Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des

Laserpulsgenerators.

Die Figur 1 zeigt einen Laserpulsgenerator 10. Der Laserpulsgenerator weist eine Pulsformgenerierungseinrichtung 12 auf. Diese weist einen Pulsformspeicher 14 und einen Digital-Analog-Wandler 16 auf. Der Pulsformspeicher 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Ringzähler 18 verbunden. Der Inhalt des Pulsformspeichers 14 kann bei an einem ersten Anschluss 20 anliegenden Taktsignal, insbesondere einem Taktsignal > 50 MHz, mit Hilfe des Ringzählers 18 zyklisch ausgegeben werden. Der Digital-Analog-Wandler 16 erzeugt aus den ausgegebenen Daten ein analoges Ausgangssignal, welches am zweiten Anschluss 22 ausgebeben wird. Die Form des Ausgangssignals wird durch die im Pulsformspeicher 14 gespeicherten Daten bestimmt. Die Form des Ausgangsignals kann also insbesondere einer Laserpulsform entsprechen. Die Pulsformgenerierungseinrichtung 12 weist eine Schnittstelle 24 auf, über die ein Micro-Controller angeschlossen werden kann, mit dem wiederum der Pulsformspeicher 14 mit Daten gefüllt werden kann. Der Pulsformspeicher 14 kann 64 Speicherstellen aufweisen.

Da der Datenspeicherinhalt zyklisch mit Hilfe des Ringzählers 18 ausgegeben wird, ist eine zeitliche Synchronisation auf ein externes Signal nicht möglich. Das Pulsmuster im Pulsformspeicher wird kontinuierlich ausgegeben. Um dennoch eine Synchronisierung zu realisieren, ist eine Synchronisationsschaltung 30 vorgesehen. Die Synchronisationsschaltung 30 weist einen dritten Anschluss 32 zum Anschluss einer ein Triggersignal übertragenden Triggersignalleitung 34 auf. Die Synchronisationsschaltung 30 weist ein Ansteuerelement 36 auf, welches verwendet wird, um auf das auf der Signalleitung 34 übertragene Triggersignal zu reagieren. Die Synchronisationsschaltung 30 und insbesondere deren Ansteuerglied 36 ist mit einem Taktstoppglied 38 verbunden. Das Taktstoppglied 38 ist mit einem Taktsignalgenerator 40 verbunden oder mit einem solchen verbindbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Taktsignalgenerator 40 über das Taktstoppglied 38 mit dem ersten Anschluss 20 verbunden. In Reaktion auf das auf der Triggersignalleitung 34 übertragene Triggersignal kann das Ansteuerglied 36 das Taktstoppglied 38 ansteuern, um zu verhindern, dass das Taktsignal des Taktsignalgenerators 40 an den ersten Anschluss 20 gegeben wird. Somit kann durch das Taktstoppglied 38 das Taktsignal für den Digital-Analog-Wandler 16 und den Pulsformspeicher 14 abgeschaltet werden. Das Taktsignal soll jedoch nur dann angehalten werden, wenn sich das Ausgangssignal, welches am Anschluss 22 ausgegeben wird, an einer bestimmten Stelle befindet. Diese bestimmte Stelle kann über ein Überwachungselement 42 der Synchronisationsschaltung 30 erkannt werden. Das Überwachungselement 42 ist zu diesem Zweck an den Anschluss 22 angeschlossen.

Wenn somit durch das Überwachungsglied 42 erkannt wird, dass das Ausgangssignal an einer bestimmten Stelle ist und ein entsprechendes Triggersignal vorliegt, wird das Taktstoppglied 38 durch das Ansteuerglied 36 angesteuert, um den Takt anzuhalten. Gleichzeitig wird das Schaltelement 44 durch das Ansteuerglied 36 angesteuert, insbesondere geschossen, um den nächsten Puls der Pulsformgenerierungseinrichtung 12, beim Wiederanläufen des Takts am Anschluss 20, an den Verstärker 46 auszugeben.

Nach einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise 100 Nanosekunden, wird mittels des Ansteuerglieds 36 das Taktstoppglied 38 erneut angesteuert, um das Taktsignal wieder freizugeben. Das Taktsignal steuert nun den Ringzähler 18 und den Digital- Analog-Wandler 16 wieder an. Die im Pulsformspeicher 14 gespeicherte Pulsform wird wieder ausgegeben, bis eine bestimmte Stelle im Pulsmuster erreicht ist und das Überwachungselement 42 wieder reagiert. Hierdurch bekommt das Ansteuerglied 36 einen Rücksetzbefehl und steuert erneut das Schaltelement 44 an, um zu verhindern, dass das Ausgangssignal an den Verstärker 46 übergeben wird. Hierbei wird das Schaltelement 44 durch das Ansteuerglied 36 derart angesteuert, insbesondere geöffnet, dass eine Weitergabe des Ausgangssignals der Pulsformgenerierungseinrichtung 12 an den Verstärker 46 und darüber an die Laserdiode 48 verhindert wird.

Durch den Verstärker 46 wird eine Laserdiode 48 getrieben.

Die Funktionsweise wird anhand der Diagramme der Figur 2 geschildert. Das Signal 100 entspricht dem vom Taktsignalgenerator 40 ausgegebenen Signal an der Stelle I in der Figur 1. Das Signal 102 entspricht dem Signal an der Stelle II am ersten Anschluss 20. Das Signal 104 entspricht einem Triggersignal an der Stelle III in der Figur 1 .

Das Signal 106 entspricht dem Ausgangssignal an der Stelle IV der Figur 1 am zweiten Anschluss 22. Das Signal 108 entspricht dem Signal an der Stelle V der Figur 1 . Das Signal 110 entspricht dem Signal an der Stelle VI am Eingang der Laserdiode 48.

Wenn demnach das Ansteuerglied 36 eine steigende Flanke 104a des Triggersignals 104 erkennt und weiterhin durch das Überwachungselement 42 signalisiert wird, dass das Signal 106 am zweiten Anschluss 22 unterhalb eines vorgegebenen Referenzwerts liegt, wird durch das Ansteuerglied 36 das Taktstoppglied 38 angesteuert, um eine Ausgabe des Taktsignals 100 an die Pulsformgenerierungseinrichtung 12 zu unterbinden. Dieser Zeitpunkt ist mit der Linie 112 gekennzeichnet. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit to, die in dem Zeitelement 50 eingespeichert sein kann, steuert das Ansteuerglied 36 das Taktstoppglied 38 erneut an, so dass das Taktsignal erneut an die Pulsgenerierungseinrichtung 12 ausgegeben wird. Gleichzeitig steuert das Ansteuerglied 36 das Schaltelement 44 an, so dass das Ausgangssignal 106 an den Verstärker 46 ausgegeben werden kann. Das Ausgangssignal 106 wird aufgrund des erneut anliegenden Taktsignals ab der Stelle 114 wieder erzeugt. Der Verstärker 46 verstärkt das Ausgangssignal 106 und liefert das Signal 110 an die Laserdiode 48. Wenn die Überwachungseinrichtung 42 erneut erkennt, dass das Ausgangssignal 106 an einer bestimmten Position ist, insbesondere unter einen bestimmten Wert fällt, wird das Ansteuerglied 36 zurückgesetzt und das Schaltelement 44 geöffnet, was an der Stelle 116 geschieht. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.