DE3236915A1

DE3236915A1 - Verfahren zum anbringen von resonatorspiegeln bei einem laser

Info

Publication number: DE3236915A1
Application number: DE19823236915
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. Dr. 7758 Meersburg Bernard; Klaus 4100 Duisburg Langner
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1982-10-06
Publication date: 1984-04-12

Description

Verfahren zum Anbringen von Resonatorspiegeln bei einem
Laser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen von Resonatorspiegeln bei einem Laser.
An die Genauigkeit der Ausrichtung von Resonatorspiegeln bei einem Laser werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Man kann di.e Resonatorspiegel zwar justierbar machen und sie entsprechend ausrichten (US-PS 3 428 915).
In diesem Falle läßt sich aber nicht vermeiden, daß die Justage durch äußere Einflüsse wie Stoß, Vibrationen oder Temperaturschwankungen beeinträchtigt wird. Es ist dann eine Nachjustierung erforderlich, was zeitraubend und bei manchen Anwendungen, z.B. Laserkreiseln, gar nicht praktikabel ist.
Es ist daher bekannt, einen Resonatorblock für einen RingZaser aus einem Stück hochgenau zu fertigen. Der Resonatorblock besitzt geschliffene Flächen, auf welche die Resonatorspiegel aufgesprengt werden. Die Anordnung der geschliffenen Flächen des Resonatorb]ocks muß So präzise sein, daß der Ringresonator nach dem Aufsprengen der Resonatorspiegel sofort in Resonanz ist.
Eine nachträgliche Justage ist nicht möglich. Das ist sehr aufwendig in der Fertigung und führt zu einem hohen Prozentsatz von Ausschuß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit relativ geringem Aufwand Resonatorspiegel bei einem Laser dauerhaft anzubringen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) ein Spiegelträger mit dem Resonatorspiegel relativ zu einer Basis justiert und (b) der Spiegelträger in der justierten Stellung dauerhaft fixiert wird.
Die Spiegel können dann zunächst justiert werden. Wenn diese Justage erfolgt ist, erfolgt eine dauerhafte Fixierung der Spiegelträger an der Basis. Es entsteht dann ein Block aus gleichen oder gleichartigen Materialien, der empfindlicher gegen Temperatureinflüsse ist als bestimmte justierbare Einheiten.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5, Ringresonatoren, bei denen die Resonatorspiegel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren justierbar und fixierbar gehaltert werden, sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 11.
Ausführungsbeispiele von solchen Ringresonatoren sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Resonatorspiegelanordnung.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht eines Spiegelträgers mit einem planen Resonatorspiegel.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Spiegelträger mit einem als Hohlspiegel ausgebildeten Resonatorspiegel und veranschaulicht die winkelmäßige Justage.
Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines Spiegelträgers mit einem als Hohlspiegel ausgebildeten Resonatorspiegel und veranschaulicht die Seiten- und Höhenjustage.
Fig. 5 veranschaulicht die Wirkung einer Seiten-oder Höhenjustage des Hohlspiegels auf den Auftreffpunkt des Bündels.
Fig. 6 zeigt in Seitenansicht eine andere Ausführungsform der Halterung eines Resonatorspiegels an einem Spiegelträger.
Fig. 7 ist eine zugehörige Vorderansicht.
Fig. 8 zeigt in Seitenansicht eine dritte Ausführungsform der Halterung eines Resonatorspiegels an einem Spiegelträger mit einer Dreipunktauflage.
Fig. 9 ist eine zugehörige Vorderansicht.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Basis mit einer plan geschliffenen Fläche 12 bezeichnet. Auf der Basis 10 sitzen bei der dargestellten Ausführungsform drei Spiegelträger 14,16,18. Die Spiegelträger 14,16,18 liegen jeweils mit einer plan geschliffenen Fläche 20 bzw. 22 (Fig. 2 und 4) an der plan geschliffenen Fläche 12 der Basis 10 an. Die Spiegelträger 14,16, und 18 weisen eine zweite plan geschliffene Fläche 24, 26 bzw. 28 auf, die senkrecht zu der an der Basis 10 anliegenden, plan geschliffenen Fläche 20 bzw. 22 verläuft. Die Resonatorspiegel 30, 32 und 34 sind an den jeweiligen zweiten plan geschliffenen Flächen 24, 26 bzw. 28 angebracht. Die Resonatorspiegel 30 und 32 sind Planspiegel. Der Resonatorspiegel 34 ist ein Hohlspiegel. Der Krümmungsradius dieses Hohlspiegels ist in üblicher Weise auf die Läge des Resonators abgestimmt. Die Planspiegel 30 und 32 können von einer unmittelbar auf die zweite plan geschliffene Fläche 24 oder 26 aufgedampften Spiegelschicht gebildet sein.
Die Spiegel schicht kann aber auch auf einem Gasträger sitzen, der an die zweite plan geschliffene Fläche 24 oder 26 angesprengt ist. Der Hohlspiegel 34 ist seinerseits an einem Hohlspiegelkörper 36 mit plan geschliffenen Rückfläche 38 vorgesehen. Der Hohlspiegelkörper 36 liegt mit der Rückfläche 38 an der zweiten plan geschliffenen Fläche 28 des Spiegelträgers 18 an und ist an dieser nach Justierung in der Ebene dieser Fläche 28 fixiert.
Die Spiegelträger 14.16.18 werden mit einer geschliffenen Fläche, nämlich der plan geschliffenen Fläche 20 bzw. 22 an eine ebenfalls geschliffene Fläche, nämlich die plan geschliffene Fläche 12 der Basis 10 angesetzt.
Die Spiegelträger 14.16.18 mit den Resonatorspiegeln 30,32 bzw. 34 werden dann relativ zu der Basis 10 justiert. Das geschieht zweckmäßigerweise mittels geeigneter Manipulatoren. Die Justage mit den (übertrieben gezeichneten) Justagewinkeln S1,S2 und S3 ist in Fig. 1 durch die gestrichelt gezeichneten Stellungen der Spiegelträger 14,16,18 angedeutet. Danach werden die Spiegelträger 14,16 und 18 in den justierten Stellungen dauerhaft fixiert. Die Manipulatoren können entfernt werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Fixierung der Spiegelträger 14,16 und 18 durch Ansprengen. Spiegelträger 14,16,18 und Basis 10 bestehen aus gleichen Werkstoffen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Spiegelträger 14,16, und 18 und die Basis 10 aus einem Werkstoff extrem geringer thermischer Ausdehnung (z.B. "Zerodur"). Die geschliffenen Flächen 12 und 20 bzw. 22 sind gut gereinigt.
Sie können zu Justagezwecken zunächst aufeinander gleiten, wobei eine Luftschicht zwischen den Flächen 12 und 20 bzw. 22 einen Gleitfilm bildet. Wenn die richtige Justierung erreicht ist, werden die Spiegelträger 14,16 und 18 gegen die Fläche 12 der Basis 10 gedrückt. Dadurch wird der Gleitfilm aus Luft zwischen den zu verbindenden Flächen 12 und 20 bzw. 22 herausgedrückt. Das bewirkt eine dauerhafte Verbindung der Teile 10 und 14,16,18 durch Molekularkräfte. Diese Verbindung ist unempfindlich gegen mechanische Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen und gegen die üblichen Temperaturschwankungen. Es ist allerdings möglich die Verbindung wieder zu lösen, indem einer der verbundenen Teile erwärmt wird.
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist der Hohlspiegelkörper 36 nicht nur mit dem Spiegelträ9er 18 winkelmäßig justiert. Er ist auch in zwei Koordinaten x und y translatorisch justierbar, indem der Hohlspiegelkörper 36 auf der plan geschliffenen Fläche 28 verschoben und in der richtigen Justierstellung durch Ansprcngc:n fixiert wird. Das ist in Fiq. 3 und 4 in gestrichelten Linien angedeutet.
Fig. 5 zeigt die Wirkung einer solchen translatorischen Verschiebung auf einen Winkelfehler 6 in der Horizontalebene.
Mit 40 ist ein in der Sagittalebene einfallender Strahl bezeichnet. Der Strahl 40 fällt im Scheitelpunkt 42 auf den Hohlspiegel 34 und bildet mit der Flächennormae 44 einen Winkel t . Er wird also unter einem Winkel c nach der anderen Seite der Flächennormalen wieder reflektiert.
Soll der Winkel Ckorrigiert werden, der Strahl also in der Ebene des einfallenden Strahls 40 zurückgeworfen werden, so ist dazu eine Verschiebung des Hohlspiegels 34 um die Strecke i in die gestrichelt dargestellte Stellung erforderlich. Dann trifft der Strahl 40 im Punkt 46 in der Draufsicht gesehen senkrecht auf den Hohlspiegel 36. Es gilt (für kleine §) näherungsweise ( = R tan ci, wobei R der Krümmungsradius des Hohlspiegels 34 ist. In ähnlicher Weise können Winkelfehler in der Vertikalebene durch eine vertikale Justage des Hohlspiegels 34 ausgeglichen werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ist mit 48 eine Basis bezeichnet. Die Basis 48 weist eine sphärisch-konkav geschliffene Fläche 50 auf. Ein Spiegelträger 52 liegt mit einer komplementär dazu sphärisch-konvex geschliffenen Fläche 54 an der sphärisch konkav geschliffenen Fläche 50 der Basis 48 an. Der Spiegelträger 52 trägt auf einer Planfläche 56 einen (nicht dargestellten) Resonatorspiegel. Durch Verschiebung des Spiegelträgers 52 auf der Fläche 50 in horizontaler oder vertikaler Richtung kann der Resonatorspiegel in zwei Ebenen winkelmäßig justiert werden.
Auch hier erfolgt zunächst die Justage mittels eines Manipulators, wobei die Flächen 50 und 54 mit einer dünnen Luftschicht dazwischen aufeinander gleiten.
Im justierten Zustand wird dann der Spiegelträger 52 an die Basis 48 in der beschriebenen Weise angesprengt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 sind an der Basis 60 drei Auflagepunkte 62,64 und 66 vorgesehen. Es kann sich auch um drei konkav-sphärische Auflageflächen 62A,64A, 66A handeln, wie in Fig. 9 angedeutet ist. Ein Spiegelträger 70 ist vorzugsweise ein kugelkalottenförmiger Körper mit einer konkav-sphärischen Rückfläche 72 und einer planen Vorderfläche 74. Der Spiegelträger 70 ist mit einer Dreipunktauflage auf den drei Auflagepunkten 62, 64 und 66 abgestützt. Er kann, wie in Fig. 8 gestrichelt dargestellt ist winkelmäßig in zwei Ebenen justiert werden.
Auf der planen Vorderfläche 74 sitzt ein Resonatorspiegel 76.
Im justierten Zustand wird der Spiegelträger 70 fixiert.
Das Fixieren des Spiegelträgers 70 erfolgt durch einen geeigneten Kleber zwischen Basis 60 und Spiegelträger 70. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Kontaktflächen des Spiegelträgers 70 und die Auflagepunkte 62, 64,66 oder- flächen 62A,64A,66A unmittelbar ohne Zwischenlage von Kleben aneinander anliegen. Der Kleber ist außerhalb dieser Kontaktflächen zwischen Basis 60 und Spiegelträger 70 vorgesehen, so daß er als eine Art Klammer die Kontaktflächen in Anlage hält. Die thermische Ausdehnung des Klebers wirkt sich so nicht aus. Es können auch als Mittel zum Fixieren federnde Spannelemente außerhalb der Auflagepunkte 62,64,66 zwischen Basis 60 und Spiegelträger 70 vorgesehen sein.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 9 Verfahren zum Anbringen von Resonatorspiegeln bei einem Laser, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Spiegelträger (14,16,18) mit dem Resonatorspiegel (30,32,34), relativ zu einer Basis (10) justiert und (b) der Spiegelträger (14,16,18) in der justierten Stellung dauerhaft fixiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelträger (14,16,18) mit einer geschliffenen Fläche (20,22) an eine ebenfalls geschliffene Fläche (12) der Basis (10) angesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegelträger (14,16,18) und Basis (10) aus gleichen Werkstoffen bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegelträger (14,16,18) und Basis (10) aus einem Werkstoff extrem geringer thermischer Ausdehnung (z.B. Zerodur) bestehen.
5 Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des Spiegelträgers (14,16,18) durch Ansprengen erfolgt.
6. Ringresonator mit einer Anordnung zur justierbaren und fixierbaren Halterung von Resonatorspiegeln nadb dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Basis (10) mit einer plan-geschliffenen Fläche (12) und (b) Spiegelträger (14,16,18), die mit einer plan geschliffenen Fläche (20,22) an der plan geschliffenen Fläche (12) der Basis (10) anliegen.
7. Ringresonator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Spiegelträger (14,16,18) eine zweite plan geschliffene Fläche (24,26,28) aufweisen, die senkrecht zu der an der Basis (10) anliegenden plan geschliffenen Fläche (20,22) verläuft und (b) die Resonatorspiegel (30,32,34) an der zweiten plan geschliffenen Fläche (24,26,28) angebracht sind.
8. Ringresonator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß (a) einer der Resonatorspiegel (34) ein Hohlspiegel ist und (b) der Hohlspiegel (34) seinerseits an einem Hohlspiegelkörper (36) mit einer plan geschliffenen Fläche (38) vorgesehen ist, der mit der Fläche (38) an der zweiten plan geschliffenen Fläche (28) des Spiegelträgers (18) oder der Basis (10) anliegt und an dieser nach Justierung in der Ebene dieser Fläche (28) fixiert ist.
9. Ringresonator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegelkörper (36) an dem Spiegelträger (18) durch Ansprengen fixiert ist.
10. Ringresonator mit einer Anordnung zur justierbaren und fixierbaren Halterung eines Resonatorspiegels nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch (a) eine Basis (48) mit einer sphärisch-konkav geschliffenen Fläche (50) und (b) einen Spiegelträger (52), der mit einer komplementär dazu sphärisch-konkav geschliffenen Fläche (50) an der Basis (48) anliegt.
11. Ringresonator mit einer Anordnung zur justierbaren und fixierbaren Halterung eines Resonatorspiegels nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch (a) eine Basis (60) mit einer Dreipunktauflage von drei Auflagepunkten (62,64,66) oder--flächen (62A,64A,66A) (b) einen Spiegelträger (70), der mit einer sphärisch-konvexen oder konkaven Fläche (72) an den drei Auflagepunkten (62,64,68) oder -flächen (62A,64A,66A) anliegt, und (c) Mittel zum Fixieren des Spiegelträgers auf den Auflagepunkten.