DE3218528C2 - Parallelverschiebevorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Parallelverschiebevorrichtung für piezoelektrische Stellglieder, insbesondere für einen Resonatorlängenregler, in einem Laser angegeben. Diese Vorrichtung umfaßt wenigstens zwei Verschiebestempel (34, 34Δ), die an Platten (38, 34Δ) gelagert sind, wobei die Platten in Trägerblöcke (36, 36Δ) eingespannt sind. Die beiden Membranplatten (38, 38Δ) sind über die Verschiebestempel (34, 34Δ) und die Trägerblöcke (36, 36Δ) starr miteinander verbunden, so daß ein Doppelmembran-Zylinder entsteht, der extrem gute Geradführungseigenschaften aufweist. Der auf die Parallelverschiebevorrichtung (14) einwirkende Antrieb (10) stützt sich zentral und punktförmig (Kugel 12) auf einem der beiden Verschiebestempel (34, 34Δ) ab.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parallelverschiebevorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Resonatorlängenregler ist beispielsweise aus der DE-OS 19 19 219 und der DE-OS 29 00 609 bekannt, bzw. bereits Gegenstand einer Anmeldung (DE-OS 32 27 451) mit älterem Zeitrang. Dieser bekannte Resonatorlängenregler arbeitet mit einem piezoelektrischen Antrieb auf eine Parallelverschiebevorrichtung. Diese Vorrichtung umfaßt einen einen Reflektorspiegcl tragenden Verschiebestempel, wobei der Vcrschiebestempel an einer Membranplatte aufgehängt ist, die ihrerseits in einen hohlzylindrischen Trägerblock übergeht. Der Verschiebestempel, die Membranplatte und der Trägerblock sind einstückig aus dem gleichen Material, wie z. B. Quarz, hergestellt. Der piezoelektrische Antrieb liegt flächig an der Membranplatte bzw. dem Verschiebestempel an.

Es ist andererseits bekannt, daß insbesondere piezoelektrische Antriebe bei ihrer Verschiebung auch eine Verkippung erfahren, welche auf Materialinhomogenitäten der Piezokeramik und auf Fertigungstoleranzen der Piezokeramikteile zurückzuführen ist. Typische Werte sind beispielsweise durch eine Verkippung von 1 bis 6 Winkelsekunden bei einer Verschiebung von 1 μιη gegeben. Bei dem Resonatorlängenregler gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik würden diese Verkippungen auf den von dem Verschiebestempel getragenen Spiegel weitgehendst übertragen, wodurch sich Instabilitäten des Lasers ergeben können. Gefordert wird beispielsweise eine Parallelität von besser als 0,1 Winkelsekunden bei einer Verschiebung von 1 μιη.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parallelverschiebevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine Parallelverschiebung ohne nennenswerte Verkippung gestattet

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der einzigen Figur der Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Parallelverschiebevorrichtung näher beschrieben.

ίο Gemäß dieser einzigen Figur stützt sich ein piezoelektrisches Stellglied 10 über eine Kugel 12 an einer Parallelverschiebevorrichtung 14 ab. Das piezoelektrische Stellglied 10 besteht aus piezokeramischen Scheiben 16 mit dazwischen angeordneten Elektroden 18. Die

is Elektroden 18 sind auf die piezokeramischen Scheiben aufgedampft, aufgespulten oder eingebrannt und sind über zwischengelegiu Metallfolien oder spezielle Formgebung alternierend miteinander verbunden. Der Antriebsstapel, bestehend aus den piezokeramischen Scheiben 16 und den Elektroden 18, ist zwischen einer Grundplatte 20 und einer Gegendruckplatte 22 eingespannt. Zu diesem Zweck sind die piezokeramischen Scheiben 16 und die Elektroden 18 sowie die Grundplatte 20 mit einer zentralen Ausnehmung 24 versehen, durch die die Gegendruckplatte 22 mit einem Gewindebolzen 26 nach oben hinausragt Eine Spannfeder-Mutter 28 ist auf den Gewindebolzen 26 aufgeschraubt und stüt/.t sich hierbei mit ihrem äußeren Rand auf der Grundplatte 20 ab. Hierdurch wird über die Gegen-

jo druckplatte 22 der Stapel aus piezokeramischen Scheiben 16 und Elektroden 18 federnd gegen die Grundplatte 20 vorgespannt. Eine Kontermutter 30 sichert die Spannfeder-Mutter 28 in ihrer Lage. Die Kugel 12 ist in den Boden der Gegendruckplatte 22 so eingelassen, daß sie über die Bodenfläche vorsteht und sich auf der darunter angeordneten Parallelverschiebevorrichtung 14 abstützt.

Die Parallelverschiebevorrichtung 14 umfaßt zwei nahezu identische Teile 32,32', die jeweils einen zentra-

4n len Verschiebestempel 34, 34', einen hohlzylindrischen Trägerblock 36,36' und eine den Trägerblock 36,36' mit dem Vcrschiebestempel 34,34' verbindende ringförmige Membran 38, 38' umfassen. Beide Teile 32, 32' sind einstückig aus dem gleichen Material (Metall, Glas) hergestellt. Für einen Resonatorlängenregler bestehen die Teile 32,32' aus Glaskeramik, und befinden sich in optischem Kontakt, d. h. sie werden durch Adhäsionskräfte zusammengehalten. Eine solche Verbindung ist relativ gut belastbar auf Druck und Zug. Scherkräfte können durch eine solche Verbindung schlecht aufgenommen werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Teile 32,32' an einer seitlichen Bewegung in bezug aufeinander gehindert, da ein Konterring 40 beide Teile umgibt. Der Konterring 40 greift mit einem Innengewinde 42 in ein Außengewinde 44 an einem topfförmigen Ansatz 46 der Grundplatte 20 und er zieht über eine Schulter 48 die Parallelverschiebevorrichtung 14 gegen die Kugel 12 und somit gegen das Stellglied 10. Die

bo Parallelverschiebevorrichtung 14 weist auf der der Kugel 12 gegenüberliegenden Seite zentral auf dem Verschiebestempel 34' einen dielektrischen Mehrschichtenspiegel 50 auf.

Es liegt auf der Hand, daß die beiden Teile 32, 32'

b5 nicht nur durch optischen Kontakt mitcinanderverbunden werden können. Diese könnten auch miteinander verschraubt oder durch Verschweißen (mittels Laser) miteinander verbunden sein. Ebenso müssen die Teile

32, 32' nicht in jedem Fall einstückig ausgebildet sein. Schließlich müssen die Teile 32,32' nicht unbedingt rotationssymmetrisch ausgebildet sein; raumbedingt können auch spiegelsymmetrische, elliptische oder rechtekkige Teile 32,32' zur Anwendung gelangen.

In jedem Fall sind bezüglich der Porallelverschiebevorrichtung folgende Symmetrieforderungen einzuhalten: die Platten müssen exakt parallel sein; die Plattendicke muß für gleiche Abstände r von der Symmetrieachse konstant sein; und die äußeren und inneren Ein-Spannungen der Platten müssen symmetrisch zur Mittelachse sein.

Wegen der meist nicht-axialen Krafteinleitung der durch den piezoelektrischen Antrieb aufgebrachten Kraft bestehen ferner folgende Forderungen: die Plattendicke h muß relativ groß sein; die Platten-Ringbreite (r_M—r,) sollte möglichst klein sein; der innere Plattenring-Radius r, soll möglichst groß gewählt werden; und der Plattenabstand dsollte groß sein.

Diese Forderungen lassen sich teilweise raumbedingt nur eingeschränkt erfüllen. Eine große Dicke der Membranplatte und eine geringe Ringbreite der Membranplatte bedeuten eine hohe Federkonstante, gegen die nur ein piezoelektrischer Antrieb mit hoher Stellkraft arbeiten kann. Eine große Federkonstante der Membranplatten hat ferner den Vorteil, daß das System unempfindlich gegen die Trägheitskräfte des Verschiebestempels und der Plattenmassen bei Beschleunigungen oder äußeren Vibrationen ist.

30

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Parallelverschiebevorrichtung, insbesondere Resonatorlängenregler in einem Laser, die ein Objekt, insbesondere einen Spiegel, trägt und einen Verschiebestempel, sowie eine den Verschiebestempel in einem Trägerblock einspannende Membran aufweist, wobei ein piezoelektrisches Stellglied auf diese Vorrichtung verschiebend einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelverschiebevcrrichtung (14) einen weiteren, durch eine weitere Membran (38,38') in einen weiteren Trägerblock (36, 36') eingespannten, Verschiebestempel (34, 34') aufweist, wobei beide Trägerblöcke und Verschiebestempel eine starr miteinander verbundene Anordnung bilden, an der sich das piezoelektrische Stellglied (10) punktförmig in der Mitte abstützt

2. Parallelverschiebevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Trägerblock, die Membran und der Verschiebestempel jeweils einstückig aus dem gleichen Material hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung durch optischen Kontakt zwischen den Trägerblöcken (36,36') und den Verschiebestempeln (34,34') hergestellt wird.

3. Parallelverschiebevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerblöcke (36, 36'), die Membranen (38, 38') und die Verschiebestempel (34,34') jeweils aus Glaskeramik bestehen.