DE1919219A1

DE1919219A1 - Einstellbarer Spiegel fuer Lasergeraete od.dgl.

Info

Publication number: DE1919219A1
Application number: DE19691919219
Authority: DE
Inventors: Podgorski Theodore J
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1968-04-18
Filing date: 1969-04-16
Publication date: 1969-11-06
Also published as: FR2006460A1; GB1252952A; US3581227A

Description

Dipl.Ίηα R. Mortens ., ^!

Frankfurt/M., AmmelbisrgsiraQe 34

,- 02-4169 Ge Frankfurt am Main,

den

HONEYWELL INC.

Einstellbarer Spiegel für Laser-Geräte oder dgl.

Zum Reflektieren der Laserstrahlen werden Spiegel benutzt, mit deren Hilfe gleichzeitig die Lage des Laserstrahls und die Länge des Strahlenweges einstellbar sind. Zu diesem Zweck müssen die Spiegel beweglich bzw. verstellbar sein. Um die bei Lasergeräten extremen Anforderungen hinsichtlich der Stabilität des mechanischen Aufbaus und der Abdichtung des mit Lasergas gefüllten Raums zu erfüllen, wird das den Strahlenweg umgebende Gehäuse des Lasergeräts üblicherweise aus einem thermisch und mechanisch stabilen Block, beispielsweise aus Quarz oder Keramik, hergestellt. Es ist normalerweise nicht möglich, mechanische Gestänge zum Verstellen eines Spiegels durch das Gehäuse\hindurchzuführen, ohne dabei dessen mechanische Stabilität und die Abdichtung zu beeinträchtigen. Demzufolge ist es oft erforderlich, den Bewegungsmechanismus für den Spiegel mit im Laserhohlraum unterzubringen, so daß dieser mit dem Lasergas in Kontakt ist. Dies wiederum ist unerwünscht, weil der Bewegungsmechanismus oder Teile desselben Gase oder Dämpfe abgeben können, welche das Lasergas verunreinigen. Darüberhinaus können die elektrischen Antriebsstromkreise für die Verstelleinrichtung nachteilig auf die elektrischen Eigenschaften des Lasergases einwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile durch eine neue Einstellvorrichtung für Spiegel in Lasergeräten oder dgl. zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin., daß ein lichtreflektieren-

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der Belag oder Körper auf der dem Strahlenweg der Laserstrahlen zugewandten Seite einer den mit dem Lasermedium gefüllten Raum abschließenden steifen Membran angebracht ist und auf der, anderen Seite der Membran eine die Membran unter mechanische Spannung: setzende Einrichtung an der Membran angreift. Wird die Membran unter Spannung gesetzt ,,und verändert dadurch ihre Lage, so nimmt auch der Spiegel eine andere Lage ein, ohne daß dabei die Abdichtung des das Lasergas enthaltenden Raumes beeinflußt oder verändert wird. Die Erfindung ist nicht nur bei Lasergeräten t_r sondern auch bei anderen Geräten mit Vorteil anwendbar, bei denen vermieden werden muß, daß aus irgendv/elchen Teilen einer Verstellvorrichtung für ein bewegliches Teil innerhalb einer abrgeschlossenen Kammer Gase oder Dämpfe austreten., welche entweder die Gasfüllung der Kammer verunreinigen, ein in der Kammer herrschendes Vakuum verschlechtern, irgendwelche emittierenden Flächen, wie beispielsweise Kathodenoberflächen, vergiften oder durch Bildung von Niederschlägen auf Penstern, Wänden oder Spiegel der Kammer die Punktion des Gerätes beeinträchtigen. Als Beispiel hierfür lassen sich Interferometer und Elektronenmikroskope anführen.

Es ist von Vorteil, wenn der lichtreflektxerende Belag oder Körper und die Membran einstückig aus dem gleichen Material hergestellt sind. Darüberhinaus kann die Membran einstückig aus dem gleichen Material wie ein Trägerblock hergestellt sein und im rechten Winkel zu einer den Trägerbloek durchsetzenden Bohrung innerhalb derselben angeordnet sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Einrichtung zum mechanischen Spannen der Membran aus einem - ; auf der anderen Seite der Membran anliegenden piezoelektrischen Wandler, dessen Elektroden an eine elektrische Spannung anschließbar sind. Bei Anwendung in einem Lasergerät ist die die -,,,. axiale Lage des reflektierenden Körpers bestimmende Spannung -^,-_: :*·--.--

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an den Elektroden vorsugsi^eise durch die Ausgangsspannung eines die Lage des Strahlenbündels im Strahlenweg überwachenden Detektors steuerbar, SG daß auf diese Weise die effektive Länge des · Stfßliienweges einstell- und regelbar ist.

rläuterung der Erfindung wird im folgenden auf das in der dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Es öle 'Anwendung der Erfindung Hei einem Laser-Winkelgeschwin rj dessen prinzipieller Aufbau und dessen Wirkungabeispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 26Ά 835 ist»

Bei «S©ra Xn üei³ Zeichnung dargestellten Winkelßeschwindigkeitsmeette? isfe in einen im Grundriß dreieekförmigen starren Block 10, beispielsweise aus Qusrs» ein dreieckförmig angeordneter Tunnel 12 eingearbeitet, welcher mit dem Lasergas gefüllt ist. Anstelle von Quarz können auch keramische Materialien» beispielsweise das v®n der Firma Owens-Illinois unter dem Harkennamen-"Cervit" angebotene Keramikmaterial ₉ verwendet werden.-An den drei Ecken des Tunnels 12 1st je einer der drei Spiegel lh, 16 und 18 befestigt, beispielsweise angekittet, so daß ein Strahlenbündel 20 in beiden Richtungen durch den dreieckförmigen Tunnel 12 hindurch reflektiert wird. Der Spiegel 16 ist halbdurchlässig, to daft ein Teil der Strahlung des einen der beiden gegenläufig umlaufenden Strahlenbündel 20 durch den Spiegel 16 hindurch auf den Detektor 22 auftrifft, welcher die Stelle maximaler Strahlintensität abtastet. Der Winke!geschwindigkeitsmesser kann zur Messung der Drehgeschwindigkeit des Blockes 10 um eine auf der Zeichenebene senkrecht stehende Achse verwendet werden. Eine solche Drehung verursacht einen Frequenzunterschied zwischen den. beiden gegenläufig umlaufenden Strahlenbündel 20, wie dies im bereits erwähnten Patent 1 261 855 beschrieben ist.

Der Spiegel 18 ist derart angeordnet, daß seine Lage verändert werden kann; und zwar durch eine Antriebsvorrichtung, welche

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außerhalb des Tunnels 12 liegt. Zu diesen Zweck wird der Spiegel 18 von einem Trägerblock 24 getragen, der vorzugsweise ebenfalls aus Quarz oder einem anderen geeigneten, cenügend stabilen Material besteht, zweckmäßigerweise demselben Material wie der Block 10, und welcher mit diesem Block 10 fest verbunden ist. Der Innenteil des Blocks 24 ist bis auf eine dünne Membran 26 herausgearbeitet. Der Spiegel 18 wird von der Membran 26 getragen, die genügend steif ist. Der Spiegel ist mit der Membran einstückig hergestellt, kann stattdessen aber auch aus einem besonderen Stück. Quarz oder anderem Material bestehen, welches an der Membran befestigt, beispielsweise angekittet, ist. Die zentrale Bohrung oder Kammer 28 im Trägerblock 24 nimmt einen Stapel 30 piezoelektrischer Elemente auf, der einerseits an der dem Spiegel 18 abgewandten Seite der Membran 26 anliegt und andererseits durch einen Deckel 32 in seiner Lage festgehalten wird. An die Elektroden des piezoelektrischen Wandlers 30 ist über die Leitungen 36 und 38 eine regelbare Spannungsquelle 34 angeschlossen, welche mit der Größe ihrer Ausgangsspannung und damit der Spannung an den Elektroden des piezoelektrischen Wandlers dessen Länge steuert. Als steuerndes Eingangssignal erhält die Spannungsquelle 34 über die Leitung 40 ein Ausgangssignal,des Detektors 22. Ändert sich die Länge des piezoelektrischen Wandlers 30, so wird hierdurch die Membran 26 einer mechanischen Kraft oder Spannung ausgesetzt, wodurch auch der von der Membran getragene Spiegel .18 seine Lage ändert und damit seine Wirkung auf den Laserstrahl 20. Die Membran 26 isoliert den piezoelektrischen Wandler 30 völlig vom Lasergas innerhalb des Tunnels 12. Die Einstellung der Lage des Spiegels l8 kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß durch Verändern der Länge des Strahlenweges innerhalb des Tunnels 12 jeweils eine maximale Ausgangsleistung und eine stabile Arbeitsweise des Lasergeräts erreicht wird.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich. So kann man den

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piezoelektrischen Wandler 30 durch irgendeinen anderen, beispiels weise mechanischen, elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder magnetostriktiven Antriebsmechanismus ersetzen, welcher die Membran 26 in der gewünschten Weise durchbiegt. Auch kann der Trägerblock 2k eine andere Form haben und aus anderem Material bestehen, sofern dieses genügend stabil ist, um einen starren Träger für den Spiegel zu bilden und damit die erforderlichen kleinen Bewegungen einer dünnen aber steifen Membran zu gestatten. Selbstverständlich können bei einem Lasergerät auch ·, mehrere einstellbare Spiegel der beschriebenen Art eingesetzt und gegebenenfalls gemeinsam gesteuert werden.

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Claims

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Patentansprüche ,.-

Einstellbarer Spiegel für Lasergeräte oder dgl., dadurch gekennz ei ohne t, daß ein lichtreflektierender Belag oder Körper (18) auf der dem Strahlenweg (20) der Laserstrahlen zugewandten Seite einer den mit dem Lasermedium gefüllten Raum (12) abschließenden steifen Membran (26) angebracht ist und auf der anderen, Seite der Membran eine die Membran unter mech'anische Spannung setzende Einrichtung (30) an der Membran angreift.
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der lichtreflektierende Belag öder Körper (18) und die Membran (26) einstückig aus dem gleichen Material hergestellt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r e h gekennzeichnet, daß die Membran (26) einstückig aus dem gleichen Material wie ein Trägerblock (2*1) hergestellt und im rechten Winkel zu einer den Trägerblock durchsetzenden Bohrung (28) in der Bohrung angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock (2²I) die Form eines Hohlzyjinders hat, dessen Durchgangsbohrung (28) durch die Membran (26) verschlossen ist, und daß der lichtreflektieren^e Körper (18) ein zentraler Ansatz der Membran ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (26) aus dem gleichen Material besteht wie ein den Laserraum (12) umgebendes Gehäuse (10).

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a du r c h gekennzeichnet, daß der lichtreflektierende Belag oder Körper (18) und die Membran (26) aus Quarz bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zum mechanischen Spannen der Membran (26) aus einem auf der anderen Seite der Membran anliegenden piezoelektrischen Körper ·· besteht, dessen Elektroden an eine elektrische Spannung an-Bchließbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß die die axiale Lage des reflektierenden Belages oder Körpers (18) bestimmende Spannung an den Elektroden durch die Ausgangsspannung eines die Lage des Strahlenbündels (20) im Strahlenweg überwachenden Detektors (22) steuerbar ist.

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