DE102012015209B3 - Ring laser gyro - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ringlaserkreisel (1) mit einer Laserlichtquelle (2) zum Aussenden von Laserlicht (4) und wenigstens drei Spiegelelementen (10), die derart angeordnet sind, dass sie einen geschlossenen Laserlichtstrahl (8) definiert, wobei wenigstens eines der Spiegelelemente (10) ein Doppelspiegel ist, der eine erste Spiegelfläche (12) und eine zweite Spiegelfläche (14) aufweist und derart angeordnet ist, dass Laserlicht (4), das sich in einer ersten Richtung entlang des geschlossenen Laserlichtpfades (8) ausbreitet, zunächst an der ersten Spiegelfläche (12) und anschließend an der zweiten Spiegelfläche (14) reflektiert wird.The invention relates to a ring laser gyro (1) having a laser light source (2) for emitting laser light (4) and at least three mirror elements (10) which are arranged such that they define a closed laser light beam (8), wherein at least one of the mirror elements ( 10) is a double mirror having a first mirror surface (12) and a second mirror surface (14) and arranged so that laser light (4) propagating in a first direction along the closed laser light path (8), first at the first mirror surface (12) and then on the second mirror surface (14) is reflected.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ringlaserkreisel mit einer Laserlichtquelle zum Aussenden von Laserlicht und wenigstens drei Spiegelelementen, die derart angeordnet sind, dass sie einen geschlossenen Laserlichtpfad definieren.The invention relates to a ring laser gyroscope having a laser light source for emitting laser light and at least three mirror elements, which are arranged such that they define a closed laser light path.
Ringlaserkreisel sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt und werden insbesondere als Ersatz für herkömmliche mechanische Kreisel und Gyrometer verwendet. Ringlaserkreisel benötigen eine Lichtquelle, die möglichst kohärentes Licht aussendet. Daher sind Laserlichtquellen für diese Art der Anwendung prädestiniert. Über beispielsweise einen Strahlteiler wird das von der Laserlichtquelle ausgesandte Laserlicht geteilt und in zwei gegenläufige Bahnen gelenkt. An geeigneter Stelle im Strahlengang werden beide Strahlrichtungen gemeinsam ausgelesen und zur Interferenz gebracht. Ein derartiger Strahlengang oder abgeschlossener Laserlichtpfad wird beispielsweise durch drei Spiegelelemente definiert, die jeweils für eine Ablenkung des Laserlichts um 60° sorgen, so dass ein geschlossener Laserlichtpfad entsteht. Natürlich sind auch Ausführungsformen mit mehr als drei Spiegelelementen denkbar und bekannt.Ring laser gyros have been known in the art for a long time and are used in particular as a replacement for conventional mechanical gyros and gyroscopes. Ring laser gyros require a light source that emits coherent light as much as possible. Therefore, laser light sources are predestined for this type of application. By way of example, a beam splitter, the laser light emitted by the laser light source is divided and directed in two opposing paths. At a suitable location in the beam path both beam directions are read together and brought to the interference. Such a beam path or closed laser light path is defined, for example, by three mirror elements which respectively provide for a deflection of the laser light by 60 °, so that a closed laser light path results. Of course, embodiments with more than three mirror elements are conceivable and known.
Für den Fall, dass der Ringlaserkreisel nicht rotiert, sind die optischen Wegstrecken, die die beiden Teilstrahlen des ausgesandten Laserlichts zurücklegen müssen, gleich lang, so dass zwischen den beiden Teillichtstrahlen keine Phasenverschiebung auftritt. Rotiert der Ringlaserkreisel jedoch beispielsweise um eine Rotationsachse, die senkrecht zu der durch den geschlossenen Laserlichtpfad eingeschlossenen Fläche liegt, verändern sich die optischen Weglängen der beiden Teillichtstrahlen, so dass es zu einer Phasenverschiebung kommt, die im Interferenzbild messbar ist.In the event that the ring laser gyroscope does not rotate, the optical distances that must cover the two partial beams of the emitted laser light, the same length, so that no phase shift occurs between the two partial light beams. However, if the ring laser gyro rotates, for example, about an axis of rotation which is perpendicular to the area enclosed by the closed laser light path, the optical path lengths of the two partial light beams change, resulting in a phase shift measurable in the interference image.
Ringlaserkreisel gibt es in unterschiedlichen Ausführungsformen. Eine der gängigsten ist beispielsweise der Aufbau als Helium-Neon-Ringlaser. Dabei müssen jedoch mehrere nur schwer miniaturisierbare Baugruppen verwendet werden. Durch die Verwendung eines leuchtenden Gases muss beispielsweise der eigentliche Lichtgang, in dem der geschlossene Laserlichtpfad definiert ist, gasdicht abgeschlossen und gegen Diffusion ausreichend gesichert sein. Zudem müssen isolierte Hochspannungsanoden- und kathoden in den Ausbreitungsraum zeigen.Ring laser gyro is available in different embodiments. One of the most common is, for example, the construction as a helium-neon ring laser. However, several difficult to miniaturize modules must be used. By using a luminous gas, for example, the actual light path, in which the closed laser light path is defined, must be closed in a gas-tight manner and sufficiently secured against diffusion. In addition, isolated high voltage anodes and cathodes must point into the propagation space.
In anderen Ausgestaltungen wird statt des leuchtenden Gases ein Feststofflaser, wie beispielsweise der YAG-Kristall verwendet. Dadurch entfallen die Hochspannungen direkt am Lichtgang und die Notwendigkeit der Gasdichtigkeit und die Bewegung der enthaltenen Gasfüllung. Dennoch ist auch diese Art des Ringlaserkreisels nur schwer zu miniaturisieren, da ein derartiger Feststofflaser sein Laserlicht ungerichtet und zudem mit schwankender Intensität emitiert. Dies bedingt, dass weitere Baugruppen innerhalb des geschlossenen Laserlichtpfades zum Einsatz kommen müssen, die beispielsweise bewegliche Spiegel und Linsen umfassen können. Jedes dieser Elemente sorgt für zusätzliche Reflektionen und innere Dämpfungen, so dass das ausgesandte Laserlicht nur wenige Umdrehungen auf dem geschlossenen Laserlichtpfad zurücklegen kann. Dadurch wird die Qualität und Messgenauigkeit eines derartigen Ringlaserkreisels reduziert. Zudem ist auch dieser Aufbau durch die verwendeten zusätzlichen Baugruppen nur schwer zu miniaturisieren. Eine alternative Ausgestaltung eines Ringlaserkreisels verwendet statt einem durch mehrere Spiegelelemente definierten Laserlichtpfad einen Lichtwellenleiter, der beispielsweise gewickelt oder schneckenförmig aufgebracht wird. Damit ist ein mehrfaches Durchlaufen desselben Weges, wie dies bei gattungsgemäßen spiegelbasierten Kreiseln der Fall ist, nicht vorgesehen. Eine entsprechende Anordnung ist beispielsweise aus der
Aus der
Die
Die
Um spiegelbasierte Ringlaserkreisel miniaturisieren zu können, müssen naturgemäß die einzelnen Spiegelelemente verkleinert werden. Dies macht jedoch die Ausrichtung und Anordnung der Spiegelelemente problematisch Dabei können kleinste Abweichungen zu Reflektionsfehlern führen, die gegebenenfalls das eingestrahlte Laserlicht aus dem geschlossenen Laserlichtpfad herausleiten und so die Funktionsunfähigkeit des Ringlaserkreisels hervorrufen können. Doch selbst wenn dieser schlimmste Fall nicht eintritt, führen Ausrichtungs-, Anordnungs- und Fertigungsfehler der einzelnen Spiegel zu Qualitätseinbußen.In order to be able to miniaturise mirror-based ring laser gyros, the individual mirror elements naturally have to be downsized. However, this makes the alignment and arrangement of the mirror elements problematic. The smallest deviations can lead to reflection errors, the if necessary, guide the irradiated laser light out of the closed laser light path and thus cause the inoperative function of the ring laser gyroscope. However, even if this worst case does not occur, misalignment, assembly and manufacturing errors of the individual mirrors will lead to quality losses.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ringlaserkreisel so weiterzuentwickeln, dass er einfach miniaturisierbar ist und dennoch die einzelnen Spiegelelemente einfach, reproduzierbar und genau angeordnet werden können. Zudem soll ein Verfahren zum Herstellen entsprechender Spiegelelemente vorgeschlagen werden.The present invention is therefore based on the object, a ring laser gyro further so that it is easy to miniaturize and yet the individual mirror elements can be easily, reproducibly and accurately arranged. In addition, a method for producing corresponding mirror elements is to be proposed.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Ringlaserkreisel, der sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens eines der Spiegelelemente ein Doppelspiegel ist, der eine erste Spiegelfläche und eine zweite Spiegelfläche aufweist und derart angeordnet ist, dass Laserlicht, das sich entlang des geschlossenen Laserlichtpfades ausbreitet, an der ersten Spiegelfläche und an der zweiten Spiegelfläche reflektiert wird.The invention achieves the stated object by a generic ring laser gyro, which is characterized in that at least one of the mirror elements is a double mirror having a first mirror surface and a second mirror surface and arranged such that laser light propagating along the closed laser light path, is reflected at the first mirror surface and at the second mirror surface.
Bei herkömmlichen spiegelbasierten Ringlaserkreiseln wird durch die wenigstens drei Spiegelelemente ein geschlossener Laserlichtpfad definiert, der in einer Ebene liegt. Um dieses zu gewährleisten, ist es naturgemäß wichtig, dass die Spiegelfläche genau senkrecht zu dieser Ebene steht. Dies ist durch entsprechende Bearbeitungsmethoden relativ einfach und sicher erreichbar. Jedoch auch die Ausrichtung der einzelnen Spiegelelemente relativ zueinander ist von entscheidender Bedeutung. Bei der Verwendung von drei Spiegelelementen ist es für die Geschlossenheit des Laserlichtpfades von essentieller Wichtigkeit, dass das eingestrahlte Laserlicht unter möglichst genau 60° auf das jeweilige Spiegelelement trifft. Werden beispielsweise vier Spiegelelemente verwendet, um den geschlossenen Laserlichtpfad zu definieren, muss das eingestrahlte Laserlicht in einem Winkel von 45° eingestrahlt werden. Ein Einbau- oder Regelfehler, der eine Verschwenkung des Spiegelelementes um eine senkrecht zur durch den Laserlichtpfad definierten Fläche verlaufende Achse zur Folge hat, führt zu einem Winkelfehler, der sich mit jedem Umlauf des eingestrahlten Laserlichtes um den Laserlichtpfad aufsummiert und schlimmstenfalls dazu führt, dass das eingestrahlte Laserlicht nach einer endlichen Anzahl von Umläufen den geschlossenen Laserlichtpfad verlässt. Diesem Fehler kann durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Doppelspiegeln als Spiegelelement begegnet werden. Ein hier beschriebener Hochachsenfehler, bei dem der Fehler in einer Verschwenkung des Spiegelelementes um eine Achse liegt, die senkrecht zur durch den geschlossenen Laserlichtpfad definierten Fläche liegt, führt bei einem Doppelspiegel nicht zu einem Reflektionsfehler, so dass derartige Doppelspiegel als Spiegelelemente nicht so genau ausgerichtet werden müssen, wie dies bei herkömmlichen Einzelspiegelelementen der Fall ist. Dadurch lassen sich auch kleine und kleinste Spiegelelemente so positionieren, dass der geschlossene Laserlichtpfade von eingestrahltem Laserlicht auch nach einer großen Zahl von Umläufen nicht verlassen wird.In conventional mirror-based ring laser gyros, a closed laser light path lying in one plane is defined by the at least three mirror elements. To ensure this, it is of course important that the mirror surface is exactly perpendicular to this plane. This can be achieved relatively easily and safely by appropriate processing methods. However, the orientation of the individual mirror elements relative to each other is of crucial importance. When three mirror elements are used, it is essential for the closedness of the laser light path that the irradiated laser light strike the respective mirror element at as precisely as 60 °. If, for example, four mirror elements are used to define the closed laser light path, the irradiated laser light must be radiated at an angle of 45 °. A built-in or control error that has a pivoting of the mirror element about an axis perpendicular to the plane defined by the laser light path axis results in an angle error that adds up with each revolution of the incident laser light to the laser light path and in the worst case leads to that irradiated laser light leaves the closed laser light path after a finite number of cycles. This error can be counteracted by the inventive provision of double mirrors as a mirror element. A high-axis error described here, in which the error lies in a pivoting of the mirror element about an axis which is perpendicular to the surface defined by the closed laser light path, does not lead to a reflection error in a double mirror, so that such double mirrors are not aligned so accurately as mirror elements must, as is the case with conventional individual mirror elements. As a result, even small and very small mirror elements can be positioned such that the closed laser light paths of irradiated laser light are not left even after a large number of circulations.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, wenn alle Spiegelelemente Doppelspiegel sind. Dadurch werden Winkelfehler bei sämtlichen Spiegelelementen verhindert, so dass ein sehr genau, da mit vielen Umläufen des eingestrahlten Laserlichts arbeitender Ringlaserkreisel herstellbar ist, der sehr gut miniaturisierbar ist.It has proven to be particularly advantageous if all the mirror elements are double mirrors. As a result, angle errors are prevented in all mirror elements, so that a very accurate, as with many cycles of the irradiated laser light working ring laser gyro can be produced, which is very well miniaturized.
Zum Auskoppeln der beiden Teillichtstrahlen, die in den geschlossenen Laserlichtpfad eingestrahlt werden, kann ein separates Auskoppelelement, beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel oder Strahlteiler vorgesehen sein. Damit ist es nicht mehr nötig, einen der Spiegel halbdurchlässig auszugestalten, sondern alle Spiegelelemente können in der vorteilhaften Ausgestaltung als Doppelspiegel ausgebildet werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Ringlaserkreisels ist die Laserlichtquelle außerhalb des geschlossenen Laserlichtpfades angeordnet und der Ringlaserkreisel weist eine Einkoppeleinrichtung auf, die so angeordnet ist, dass von der Laserlichtquelle ausgesandtes Laserlicht in den geschlossenen Laserlichtpfad eingekoppelt wird. Auch dies ist eine Maßnahme, die eine weitere Miniaturisierung des Ringlaserkreisels ermöglicht. Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltungen, bei denen ein Gas- oder Feststofflaser direkt im geschlossenen Laserlichtpfad angeordnet ist, und so eine Minimalausdehnung des geschlossenen Laserlichtpfades definiert, ist dies bei der hier beschriebenen Ausgestaltung nicht nötig. Es muss lediglich die Einkoppeleinrichtung zumindest teilweise im Strahlengang bzw. dem geschlossenen Laserlichtpfad angeordnet sein, um das von der Laserlichtquelle ausgesandte Laserlicht in den geschlossenen Laserlichtpfad einkoppeln zu können. Dies hat zur Folge, dass die eigentliche Laserlichtquelle nicht einmal in der Nähe des geschlossenen Laserlichtpfades angeordnet sein muss. Das von ihr ausgesandte Laserlicht kann beispielsweise durch einen optischen Leiter, beispielsweise ein Glasfaserkabel, über eine sehr große Strecke transportiert und zur Einkoppeleinrichtung geführt werden, durch die es in den geschlossenen Laserlichtpfad eingekoppelt wird.For decoupling the two partial light beams which are irradiated into the closed laser light path, a separate decoupling element, for example a partially transparent mirror or beam splitter, may be provided. Thus, it is no longer necessary to design one of the mirrors semipermeable, but all mirror elements can be formed in the advantageous embodiment as a double mirror. In a particularly advantageous embodiment of the ring laser gyro, the laser light source is arranged outside the closed laser light path and the ring laser gyroscope has a coupling device which is arranged such that laser light emitted by the laser light source is coupled into the closed laser light path. This too is a measure that allows further miniaturization of the ring laser gyroscope. Unlike in the known from the prior art embodiments in which a gas or solid laser is arranged directly in the closed laser light path, and thus defines a minimum extent of the closed laser light path, this is not necessary in the embodiment described here. It is only necessary to arrange the coupling device at least partially in the beam path or the closed laser light path in order to be able to couple the laser light emitted by the laser light source into the closed laser light path. As a result, the actual laser light source does not even have to be arranged in the vicinity of the closed laser light path. The laser light emitted by it can be transported, for example, by an optical conductor, for example a fiber optic cable, over a very large distance and led to the coupling device, by means of which it is coupled into the closed laser light path.
Damit ist es möglich, Schwankungen der Laserlichtintensität oder Strahlaufweitungen oder andere Störungen und Ungenauigkeiten des Laserlichtes zu kompensieren und zu korrigieren, bevor das Laserlicht in den geschlossenen Laserlichtpfad eingekoppelt wird. Durch diese externe Vorbereitung des einzustrahlenden Laserlichts kann der eigentliche Kreisel, der hauptsächlich den geschlossenen Laserlichtpfad umfasst, weiter miniaturisiert werden. Derartige Ringlaserkreisel weisen beispielsweise neben der externen Lichtquelle sammelnde Linsensysteme, Wellenlängenbereiche einschränkende Filter, Strahlteiler oder weitere Kopplungselemente auf. Dadurch wird der Ringlaserkreisel für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen einsetzbar, ohne dass der Platzbedarf für den eigentlichen Ringlaserkreisel nennenswert steigt.This makes it possible to compensate for fluctuations in the laser light intensity or beam widening or other disturbances and inaccuracies of the laser light and to correct before the laser light in the closed laser light path is coupled. As a result of this external preparation of the laser light to be irradiated, the actual gyroscope, which mainly comprises the closed laser light path, can be further miniaturized. Such ring laser gyroscopes have, for example, lens systems which collect light in addition to the external light source, filters which restrict wavelength ranges, beam splitters or further coupling elements. As a result, the ring laser gyroscope for a variety of different applications can be used without the space required for the actual ring laser gyro increases significantly.
Ein besonders vorteilhafter Ringlaserkreisel weist genau drei Spiegelelemente auf. Dies ist die minimale Anzahl der zu verwendeten Spiegelelemente, so dass auf diese Weise auch die Anzahl der möglichen Fehlerquellen durch Fehlausrichtungen-, -orientierungen oder Fertigungsqualitäten reduziert werden. Zudem wird auf diese Weise auch der benötigte Bauraum für den Ringlaserkreisel reduziert.A particularly advantageous ring laser gyro has exactly three mirror elements. This is the minimum number of mirror elements to be used, so that in this way also the number of possible sources of error by Fehlausrichtungen-, orientations or manufacturing qualities are reduced. In addition, the space required for the ring laser gyroscope is reduced in this way.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Doppelspiegels für einen Ringlaserkreisel zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
- a) Bearbeiten eines Einkristalls so, dass eine Bearbeitungsoberfläche des Einkristalls in einem vorbestimmten Winkel zu einer vorbestimmten Kristallebene des Einkristalls verläuft,
- b) Einätzen wenigstens einer Vertiefung in die Bearbeitungsoberfläche, wobei die wenigstens eine Vertiefung wenigstens eine Flanke aufweist, die entlang der vorbestimmten Kristallebene verläuft, und sich eine Kantenlinie zwischen der Bearbeitungsoberfläche und der wenigstens einen Flanke ergibt,
- c) Verbinden zweier derart bearbeitete Einkristalle mit jeweils wenigstens einer eingeätzten Vertiefung an den Bearbeitungsoberflächen derart, dass die Kantenlinien aneinander anliegen,
- d) Herstellen des Doppelspiegels durch Zertrennen der verbundenen Einkristalle derart, dass die Flanke des einen Einkristalls die erste Spiegelfläche und die Flanke des zweiten Einkristalls die zweite Spiegelfläche bildet.
- a) processing a single crystal so that a processing surface of the single crystal is at a predetermined angle to a predetermined crystal plane of the single crystal,
- b) inserting at least one depression into the processing surface, the at least one depression having at least one flank extending along the predetermined crystal plane and resulting in an edge line between the processing surface and the at least one flank,
- c) connecting two such processed single crystals each having at least one etched recess on the processing surfaces such that the edge lines abut each other,
- d) producing the double mirror by dividing the connected single crystals such that the flank of the one single crystal forms the first mirror surface and the flank of the second single crystal forms the second mirror surface.
Die vorliegende Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass Vertiefungen, die in Einkristalle eingeätzt werden, wenigstens eine Flanke aufweisen, die vorteilhafterweise entlang einer vorbestimmten Kristallebene des jeweiligen Einkristalls verläuft. Der Winkel der jeweiligen Flanke entsteht dadurch, dass unterschiedliche Kristallgitterebenen unterschiedliche Ätzgeschwindigkeiten aufweisen. So ist beispielsweise bei monokristallinem Silizium festgestellt worden, dass die (111)-Ebene etwa 400 mal langsamer als die (100)-Ebene geätzt werden kann. Auf diese Weise sind diese Winkel sehr exakt und reproduzierbar.The present invention makes use of the finding that recesses etched in single crystals have at least one flank which advantageously extends along a predetermined crystal plane of the respective single crystal. The angle of the respective flank arises because different crystal lattice planes have different etching speeds. For example, in monocrystalline silicon it has been found that the (111) plane can be etched approximately 400 times slower than the (100) plane. In this way, these angles are very accurate and reproducible.
Der Winkel, in dem bestimmte Kristallebenen zueinander verlaufen, ist jedoch durch die Kristallstruktur des jeweiligen Einkristalls festgelegt. Um den gewünschten Winkel eines Doppelspiegels, den es herzustellen gilt, zu erreichen, muss daher eine Bearbeitungsoberfläche des Einkristalls in einem vorbestimmten Winkel zu der vorbestimmten Kristallebene verlaufen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Einkristall in einem bestimmten Winkel zersägt oder auf andere Weise bearbeitet wird. Dadurch entsteht ein flächiger Bereich, der in dem vorbestimmten Winkel zu der jeweils vorbestimmten Kristallebene verläuft. Dieser flächige Bereich bildet die Bearbeitungsoberfläche.However, the angle at which certain crystal planes extend to each other is determined by the crystal structure of the respective single crystal. Therefore, in order to achieve the desired angle of a double mirror to be manufactured, a processing surface of the single crystal must be at a predetermined angle to the predetermined crystal plane. This can be achieved, for example, by sawing or otherwise working the monocrystal at a certain angle. This results in a planar area that runs at the predetermined angle to the respective predetermined crystal plane. This area forms the processing surface.
In diese Bearbeitungsoberfläche wird nun in einem zweiten Verfahrensschritt wenigstens eine Vertiefung eingeätzt. Aufgrund der unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten entlang unterschiedlicher Kristallebenen des Einkristalls weist diese wenigstens eine Vertiefung wenigstens eine Flanke auf, die entlang dieser vorbestimmten Kristallebene verläuft. Dabei verläuft diese Flanke zumeist an der Kristallebene, entlang derer sich die geringste Ätzgeschwindigkeit aufbildet. An der Kantenlinie zwischen der Bearbeitungsoberfläche und der wenigstens einen Vertiefung bildet sich nun der zuvor vorbestimmte Winkel aus.At least one depression is etched into this processing surface in a second process step. Due to the different etching speeds along different crystal planes of the single crystal, this at least one depression has at least one flank extending along this predetermined crystal plane. This flank usually runs on the crystal plane, along which the lowest etching speed occurs. At the edge line between the processing surface and the at least one recess now forms the previously predetermined angle.
Diese beiden Verfahrensschritte werden mit mehreren Einkristallen durchgeführt oder ein Einkristall wird nach dem Einätzen der wenigstens einen Vertiefung in mindestens zwei Teile zerteilt. Zwei so hergestellte entsprechend bearbeitete Einkristalle, die jeweils wenigstens eine eingeätzte Vertiefung aufweisen, werden nun an den Bearbeitungsoberflächen verbunden. Dies kann beispielsweise durch ein Bonding geschehen. Dabei ist wichtig, dass die beiden Einkristalle derart aneinander angeordnet werden, dass die jeweiligen Kantenlinien zwischen den beiden Bearbeitungsoberflächen und den jeweiligen Flanken der jeweiligen Vertiefung aneinander anliegen. In den so verbundenen Einkristallen bilden sich nun folglich Hohlräume, die gegebenenfalls nach außen offen sind, bei denen jedoch nun die Flanken der ursprünglich in zwei Einkristalle eingeätzten Vertiefungen so aneinander anliegen, dass zwischen ihnen der gewünschte Winkel für den Doppelspiegel entsteht.These two process steps are carried out with a plurality of single crystals or a single crystal is divided into at least two parts after etching the at least one recess. Two appropriately processed single crystals prepared in this way, each having at least one etched recess, are now connected to the processing surfaces. This can be done for example by a bonding. It is important that the two single crystals are arranged in such a way that the respective edge lines between the two processing surfaces and the respective edges of the respective recess abut each other. Consequently, voids which may be open to the outside are formed in the monocrystals connected in this way, but in which the flanks of the depressions originally etched into two monocrystals rest against each other in such a way that the desired angle for the double mirror is created between them.
In einem letzten Verfahrensschritt müssen die Doppelspiegel nur noch durch Zertrennen der so verbundenen Einkristalle hergestellt werden. Auf diese Weise entstehen die gewünschten Doppelspiegel, bei denen die Flanke in der Vertiefung des einen Einkristalls die erste Spiegelfläche und die Flanke in der Vertiefung des zweiten Einkristalls die zweite Spiegelfläche bildet.In a final process step, the double mirrors only have to be produced by dicing the single crystals so connected. In this way, the desired double mirrors are formed in which the flank in the recess of the one single crystal forms the first mirror surface and the flank in the recess of the second single crystal forms the second mirror surface.
Vorteilhafterweise werden die Bearbeitungsoberflächen vor dem Einätzen der wenigstens einen Vertiefung poliert und/oder geschliffen. Damit ist gewährleistet, dass beim Verbinden der beiden Einkristalle eine optimale Positionierung möglich ist und es hier nicht zu zusätzlichen Winkelfehlern kommt. Prinzipiell wäre dieses Polieren und/oder Schleifen der Bearbeitungsoberflächen auch nach dem Ätzen der Vertiefung möglich, ein derartiges Vorgehen weist jedoch die Nachteile auf, dass die besonders ebenmäßig und glatt geätzten Flanken der Vertiefungen auf diese Weise mit Bearbeitungsrückständen verschmutzt und so in ihrer Reflektivität beeinträchtigt werden können. Dadurch, dass die Ätzgeschwindigkeiten in Richtung unterschiedlicher Kristallebenen der Einkristalle deutliche Unterschiede aufweisen, weisen die so entstandenen Flanken eine besonders hohe Oberflächengüte und damit eine extrem gute Reflektivität und Eignung als Spiegeloberfläche auf. Advantageously, the machining surfaces are polished and / or ground before the etching of the at least one recess. This ensures that optimal positioning is possible when connecting the two single crystals and that no additional angle errors occur here. In principle, this polishing and / or grinding of the processing surfaces would also be possible after the etching of the depression, but such a procedure has the disadvantages that the particularly evenly and smoothly etched flanks of the depressions are soiled with processing residues and thus impaired in their reflectivity can. Because the etching speeds in the direction of different crystal planes of the single crystals have distinct differences, the flanks thus formed have a particularly high surface quality and thus an extremely good reflectivity and suitability as a mirror surface.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den verwendeten Einkristallen um Silizium-Einkristalle. Dieses Material weist eine hohe Reflektivität auf und ist einfach und gut zu bearbeiten, so dass es sich für die Verwendung als Doppelspiegelelement besonders gut eignet.Advantageously, the single crystals used are silicon monocrystals. This material has a high reflectivity and is easy and easy to work with, making it particularly suitable for use as a dual mirror element.
Mit Hilfe von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:With the aid of drawings, an embodiment of the present invention will be explained in more detail below. Show it:
Durch diese Einkoppeleinrichtung
Jedes der Spiegelelemente
Die gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass der geschlossene Laserlichtpfad
In
Die
Die Bearbeitungsoberfläche
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- γγ
- Vorbestimmter WinkelPredetermined angle
- αα
- Spiegelwinkelmirror angle
- 11
- RinglaserkreiselRing laser gyro
- 22
- LaserlichtquelleLaser light source
- 44
- Laserlichtlaser light
- 66
- Einkoppeleinrichtunglaunching device
- 88th
- Geschlossener LaserlichtpfadClosed laser light path
- 1010
- Spiegelelementmirror element
- 1212
- Erste SpiegelflächeFirst mirror surface
- 1414
- Zweite SpiegelflächeSecond mirror surface
- 1616
- Einkristallsingle crystal
- 1818
- Kristallebenecrystal plane
- 2020
- Bearbeitungsoberflächeediting interface
- 2222
- Vertiefungdeepening
- 2424
- Flankeflank
- 2626
- Kantenlinieedge line
- 2828
- Hohlraumcavity
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