CS199338B1 - Laditelné, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice - Google Patents

Description

Vynález se týká laditelné, kompenzované, frekvenčně stabilizované laserové hlavice, vytvořené ve tvaru třmenu, která se v důsledku svého vysokého jasu a dobré koherenci může použit zejména jako světelný zdroj pro interferometrickou měřicí techniku měření délek· Takováto laserová měřici hlavice musí vyhovovat celé řadě požadavků, která jsou na ni kladeny·

Musí mít vysokou pasivní základní stabilitu, jemné nastavováni, tepelnou základní stabilitu celé konstrukce, zejména nastavováni musí být dalekosáhle nezávislé na teplotě, konstantní výstupní výkon, necitlivost vůči otřesům, nepatrnou hmotu, jednoduchou a reprodukovatelnou technologii·

U známých laserových hlavio se frekvenční stabilizace dosáhne dálkovou stabilizací

I laserového rezonátoru na oca 0,01/yum· Délková stabilizace se realizuje použitím invaru nebo křemene jako materiálu rezonátoru, jakož 1 teplotní stabilizací rezonátoru na cca 0,1 °C· Konstrukční provedeni se provádí tak, že se dosáhne požadované nepatrné axiální změny délky, takže ee vyeliminujl všechny radiální a jiné sily. Jeou znány rezonétory ve tvaru třmenu, soustředné rezonétory, trubkové rezonétory a rezonétory a vnitřním zrcadlem, jejichž vytvořeni vyžaduje různé náklady a jsou použitelné e různým úspěchem·

V dalším textu bude pojednáno jen o známých reacnátoreoh ve tvaru třmenu·

199 338 η 3 3 Β

V jedné známé laserové hlavici vytvořené ve tvaru třmenu jsou invarové tyčinky, určujíoi frekvenci rezonátoru ve tvaru třmenu, upevněny na obou čelních deskách prostřednictvím uvolnltelnéhc šroubového spoje·

Při utahováni upevnovacloh šroubů vznikají} podle kvality šroubového spoje, vlče nebo méně velké pnuti, která vohou vést k tomu, žs rezonátor při ohřátí může provádět nejen axiální pohyby, nýbrž také radiální· To je na újmu základní stability rezonátoru a může ji dokonce znemožnit·

U této laserové hlavice je rezonátor umístněn v termostatu bez dobrého tepelně vodivého dotyku a udržuje se tepelná rovnováha·

Tim se dostanou relativně dlouhé doby reagováni, to je spouštěni, řádově 2 až 3 h. Navíc výbojka není provedena soustředně· Tim je její upevněni a odvod tepla obtížné· Nastavováni zrcadla ss provádí otočnou kulovou úseči, resp· kulovými úsečemi, na kterýoh jsou zrcadla laseru umístěna, nebo prostřednictvím několika desek, které sé mohou vykývnout mikrometrem kolem pružného kloubu·

Nedostatky těchto obvyklých provedeni pro nastavováni optických prvků jsou následující.

Kompenzace, ke která nastavovací prvky podstatně přispívají, se stává nepřehlednou* nastavováni samo o sobě je ztížené a výrobní technologie je komplikovaná.

Úkolem vynálezu je vytvořit laserovou hlavici, která by neměla nedostatky řešeni, uvedenýoh ve stavu teohniky a která by měla při technologické jednoduchosti a vysoké stabilitě vysokou mechanickou zatížitelnost·

-♦

Tato úloha se řeší laditelnou, kompenzovanou, frekvenčně stabilizovanou laserovou hlavioí ve tvaru třmenu, jejíž podstata js podle vynálezu, to že třmenový rezonátor je přímo tepeně vodivě spojen a vnějším termostatovým topným pláštěm a kloubově a kluzně uložen v topná truboe pro vyrovnáváni rozdílných tepelných součinitelů dálkové roztažnosti tělesa rezonátoru 1 topná trubky a žs má ústroji jednak pro nastavováni zrcadel laserového rezonátoru a jednak výbojky·

Je výhodné, jestliže tři invarové tyčinky, obalené tepelně izolujícím materiálem, tvořloí konstrukci třmenu, jsou upevněny ve dvou protilehlých kruhovýoh deskáoh přičemž první deska je silnější, nežli druhá deska a tvoři referenční bod pro teplotní regulaol a má přímý tepelný dotyk s topným pláštěm a má tvar kulového pásu a že druhá deska js od topného pláště tepelně a mechanicky izolovaná drážkou s vloženým gumovým prstencem·¹

Zrcadlo laseru je výhodně pevně spojeno s rezonátorem a druhá zroadlo je umístěno na nastavitelné membráně, přičemž první deska má několik drážek, vytvořených soustředně

199 339 a střídavě po obou stranách a tvoří nastavitelnou membránu.

Držák pro výbojku je výhodně od rezonátoru mechanický oddělen·

Dále je výhodné, jestliže držák výbojky je upevněn mezi první a druhou deskou pomoci kloubu a pružinového závěsu a/nebo je upevněn samonosně a na jedné straně je připevněn na první desce a pro nastavováni výbojky je upraveno stlačitelné těsnění a tři radiálně působící nastavovací jazyky·

Podle vynálezu je tedy rezonátor pro zmenšení doby spouštění přímo tepelně vodivě a velkoplošně spojen s vnějším termostatovým topným pláštěm· Protože topný plášť z důvodu nevyhnutelné větší tepelné délkové roztažaosti a tepelných deformací nemůže působit na rezonátor, jsou obě konstrukční jednotky spojeny, resp· spřažený prostřednictvím kulového pásu a kluzného uloženi· Do první desky ss teplo přivádí prostřednictvím kulového pásu· Doprava tepla ss provádí vedením prostřednictvím invarových tyčinek do druhé desky. Aby se dosáhlo přestupu tepla do rezonátoru, resp, aby se ulehčil tento přestup, a aby se tepelná kapacita udržela nízká, je prvni deska, na které se nachází teplotní čidlo pro termostat, silnější nežli druhá deska* Uvedené kluzné uložení druhé desky je řealizovéno tím, že má na svém obvodu držáku s vloženou, resp· s vloženým gumovým prstencem. Kromě mechanického oddělení má toto uspořádání za následek tepelné izolování topného pláště.

To je nutné, protože na topném plášti dochází k rozdělování teploty a celý rezonátor smí nabýt jen teplotu první desky. Tepelné stálosti rezonátoru se výhodně dosáhne obalením invarových tyčinek tepelně izolujícím materiálem· Vytvořením rezonátoru, podle vynálezu, v termostatu se dosáhnou spouštěcí doby 15 až 23 min·

Použitím soustředně vytvořené výbojky dostanou se příznivé možnosti pro její drženi. Nastavování a upevnění výbojky se provádí vakem na straně katody· Na jednom konci vaku nachází se kloubové stlačitelné těsněni, na druhém konci může se výbojka pomoci tři radiálně působících nastavovacích jazyků naklonit vzhledem k optické ose rezonátoru· Kompletní konstrukční jednotka pro nastavováni a upevňování výbojky se musí opět mechanicky oddělit od rezonátoru· To se provádí n dlouhých rezonátorů pomocí kloubu na první desce a pružinovým závěsem na druhé desce, a u krátkých rezonátorů tuhým jednostranným upevněním na první desce·

Jedno zrcadlo laseru je upevněno na druhé desce, což způsobuje kolmý výstup laserového záření. Nastavují se jen výbojka a zrcadlo na první desce· První deska představuje soustředně meandroviton membránu· Tato membrána se může stavovacíml koliky nepatrně stlačit. Toto nastavování se prokázalo jako frekvenčně stabilní a reprodukovatelné» Ani při silném zatíženi otřesy a ráky není zjistitelná změna nastaveného stavu· j

Podstata vynálezu bude blíže vysvětlena na přikladu laserové hlavice podle vynálezu, znázorněné v osovém řezu na připojeném výkresu.

199 338

Laserová hlavioe je vytvořena ve tvaru třmenu pomoci tři invarovýoh tyčinek, z nichž na obrázku je znázorněna tyčinka X v řezu a tyčinka £ plně· Invarové tyčinky χ* g jsou obklopeny vrstvou 2 ¹ tepelně izolujioiho materiálu· Invarové tyčinky X, g jsou svými konoi sevřeny ve dvou protilehlých kruhových deskách i a Prvni deska &, která je v přimém dotyku s topným pláštěm £, je vytvořena jako kulový pás a je uložena v ploše 2» upravené v topném plášti £· Deska i obsahuje několik soustředných drážek £, provedených střídavě z obon stran, takže deska £ má tvar membrány a meandrovitým průřezem· důsledku této formy, resp· tohoto tvaru může ae tedy použit jako nastavovací prvek pro výstupní zroadlo 2» přičemž je tlačena pomoci nastavovacího šroubu XQ do své polohy proti nastavovací desce XX· Tato jednotka představuje možnost nastavováni, které dovoluje jemné, provozně spolehlivé, reprodukovatelné a frekvenčně stabilní nastavení· Kryoí deska X£ tvoří vnější uzávěr topného pláště £· Gumový prstenec X£ tlačí obě plochy kulových pásem od sebe·

Druhá deska 2, která má měněí tlouštku nežli prvni deska £, je kluzně uložena v tópném plášti £ prostřednictvím gumového prstenoe X£, vloženého do drážky na obvodu desky £· Úkolem tohoto klutnéhe uloženi je vyrovnávat teplem vyvolané délkové změny a případná prohnuti topného pláště £ a tim zajistit konstantní polohu osy záření· 7 této desce £ nachází se stoprocentní zrcadlo X£, které je uloženo v řidiči keramice X£· Vnější uzávěr tvoři uzavíraol čepička X2· důsledku použití výbojky Xg se soustřednou konstrukoi se dostanou podle vynálezu příznivé možnosti pro její uloženi a nastavováni· To se provádí pomoci stlačitelného těsněni jako roviny natáčeni, sestávajícího z gumového prstenoe X£ a tlačného prstenoe 90. jakož i z nastavovacích jazyků 2X, které jsou pohybovány pomocí nastavovaoloh šroubů gg. Chladiči tělesa ££, která současně tvoři držáky pro výbojku 3,g. jsou jednostranně upevněna na desoe (£· Výbojka Xg je timte druhem držáků a nastavováni zakotvena tak pevně v rezonátoru, že nekontrolovatelné axiální nebo radiální pohyby jsou vyloučeny· Současně je zajištěno, že na části rezonátoru, určující frekvenci, se nepřenášejí žádné sily ani při silném ohřátí·

Popsaná laserová hlavice se ukázala jako technologicky jednoduchá a neoitlivá vůči namáháni étřesy a rázy·

Claims (8)

1· LadíteIné, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice s rezonátorem ve tvaru třmenu vyznačující se tim, že třemenový rezonátor je přímo tepelně vodivě spojen s vnějším termostatováným topným pláštěm (6) a kloubově a kluzně uložen v topném plášti (6) pro vyrovnávání tepelných součinitelů délkové roztažnosti tělesa rezonátoru (1, 2, 4, 5) a topného pláště (6) za pomoci deformace topného pláště (6) a^yje v něm upraveno ústroji jednak pro nastavování zrcadel (.9, 15) tvořících laserový rezonátor a jednak pro nastavování výbojky (18)·

2· Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 1, vyznačující se tím, že tři invarové tyčinky (1,2), obalené tepelně izolujícím materiálem, tvořící konstrukci třmenu, jsou upevněny ve dvou protilehlých kruhových deskách (4,5)·

3« Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 2, vyznačující se tím, že první deska (4) je silnější nežli druhá deska (5), dále tvoří referenční bod pro regulaci teploty a má přímý tepelný dotyk s topným pláštěm (6) a má tvar kulového pásu a že druhá deska (5) je od topného pláště (6) tepelně a mechanicky izolovaná drážkou (8 ) s vloženým gumovým prstencem (14)·

4. Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 1, vyznačující se tím, že zrcadlo (15) laseru je pevně spojeno s rezonátorem a druhé zrcadlo (9) je uloženo na nastavitelné membráně·

5· Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavioe podle bodu 4, vyznačující se tím, že první deska (4) má několik soustředných drážek (8ů, vytvořených střídavě po obou stranách a tvoři nastavitelnou membránu·

6· Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 1, vyznačující se tím, že držák pro výbojku (18) je mechanicky oddělen od rezonátoru·

7· Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 6, vyznačující se tím, že držák pro výbojku (18) je upevněn buá mezi první deskou (4) a druhou deskou (5) pomoci kloubu a pružného závěsu nebo je upevněn samonosně a jednostranně je připevněn na první desce (4)·

8· Laditelná, kompenzovaná a frekvenčně stabilizovaná laserová hlavice podle bodu 6, vyznačující se tím, že pro nastavování výbojky (18) je upraveno stlačitelné těsněni jako kloub a tři radiálně působící nastavovaoi jazyky·