DE3412016A1

DE3412016A1 - Ringlaser, insbesondere fuer ringlaserkreisel

Info

Publication number: DE3412016A1
Application number: DE19843412016
Authority: DE
Inventors: Werner 3308 Königslutter Jungbluth; Rüdiger Dr. 3176 Meinersen Rodloff
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1984-03-31
Filing date: 1984-03-31
Publication date: 1985-10-03
Also published as: GB2157068A; US4657391A; DE3412016C2; GB2157068B; GB8507751D0; FR2562342A1; FR2562342B1

Description

Harro Gralfs

Grails Patentanwalt Am Büigerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany

Deutsche Forschungs- und
Versuchsanstalt für Luft-
und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe

5000 Köln 90

Ringlaser, insbesondere für Ringlaserkreisel

Am Bürgerpark 8
D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 05 31-7 47 98
Cable patmarks braunschweig

G/WS - D 754

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringlaser, insbesondere für Ringlaserkreisel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

4F
Der Skalenfaktor des Laserkreisels ^ und damit abhängig von den geometrischen Abmessungen F = Ringlaserfläche und L = Resonanzraumlänge.

Den größten Einfluß auf den Skalenfaktor hat die Resonanzformlänge. Zur Optimierung der Resonanzraumlänge in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ und zur Erhaltung der Resonanzraumlänge ist es bekannt, einen der Eckspiegel mit einem Stelltrieb zu versehen, mit dem diesem Spiegel eine Translationsbewegung erteilt wird. Bei einem bekannten Stellantrieb werden die Strahlintensitäten der ausgekoppelten Strahlanteile beider umlaufender Wellenzüge

jeweils mit einem Fotodetektor gemessen. Die Ausgangssignale der Fotodetektoren werden summiert und in Abhängigkeit vom Summensignal ein Hochspannungsverstärker angesteuert, von dem das Stellsignal auf den als Piezoantrieb ausgebildeten Stellantrieb gegeben wird (DE-OS 30 09 796).

Um zu möglichst geringen Abmessungsänderungen zu kommen, wird im allgemeinen der Trägerblock eines Ringlaser' aus einer thermisch und mechanisch hochstabilen Glaskeramik gefertigt. Trotz extrem kleiner thermischer Ausdehnungskoeffizienten wird der Trägerblock durch Temperaturänderungen verformt. Dadurch ändern sich die Betriebswerte des Ringlasers. Dies führt unter anderem zu einer Verdrehung der Spiegel und damit zu einer Verlagerung des Strahlenganges. Auch eine solche Winkelverlagerung des Spiegels kann durch eine Parallelverstellung des Spiegels kompensiert werden. Es ergibt sich dann ein anderer Strahlverlauf.

Es ist bekannt, zur Kompensation dieses Strahlversatzes in der Strahlebene bei einem Ringlaser einen der Eckspiegel sowohl parallel verschiebbar als auch um eine zur Strahlebene senkrecht liegende Achse drehbar anzuordnen. Die Stellung des Spiegels wird dabei über eine Schaltung gesteuert, in die als Eingangssignal der ausgekoppelte Strahlanteil eines der umlaufenden Wellenzüge in seiner Intensität gemessen wird. Aus diesem Signal wird unter Verwendung von gesonderten Referenzsignalen das Stellsignal für den Stellantrieb des verstellbaren Spiegels ermittelt (US-PS 4 113 387).

Bei allen bekannten Ringlasern wird vernachlässigt, daß durch die Spiegelverstellung zwar der Strahlengang wieder auf die optimale Resonanzraumlänge zurückgeführt wird, daß der sich dabei ergebende Strahlengang das Lasermedium, hier die Gasentladungsröhre,

nicht mehr optimal durchläuft. Damit wird die erreichbare Leistung vermindert«

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringlaser der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß auch bei Verschiebungen des Strahlverlaufs durch' Regelung der Resonanzraumlänge vom Lasermedium eine optimale Leistung abgegeben wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Gasentladungsröhre über wenigstens einen piezokeramischen Stellantrieb radial in der Ebene des Strahlenganges verstellbar am Trägerblock gehaltert ist, und daß eine Schaltung vorgesehen ist, mit der der Modulationshub des ausgekoppelten Strahlanteiles gemessen und in ein vom Modulationshub abhängiges Hochspannungsstellsignal für den Stellantrieb umgesetzt wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe, wird nicht nur eine optimale Anpassung der Lage der Gasentladungsröhre·· an den jeweiligen Strahlverlauf erreicht. Es lassen sich auch Wärmedehnungen der Gasentladungsröhre selbst in einfacher Weise kompensieren, so daß die Möglichkeit besteht, ohne Einbuße an Qualität Gasentladungsröhren aus normalen Apparategläsern zu verwenden und damit zu erheblichen fertigungstechnischen Vorteilen und damit zu einer deutlichen Reduzierung der Kosten für einen Ringlaser zu gelangen. Der entscheidende Nachteil der Verwendung von Gasentladungsröhren aus konventionellem Apparateglas, nämlich der große thermische Ausdehnungskoeffizient, läßt sich in einfacher Weise kompensieren.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen bekannten Ringlaser mit einem stellbaren Eckspiegel und einer Schaltung zur Kompensation von Änderungen der Resonanzraumlänge.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Strahlversatz, wie er sich aus einer Kompensation der Resonanzraumlänge über eine Translationsbewegung eines der Eckspiegel ergibt.

Fig". 3 zeigt einen Ringlaser gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform.

Fig.. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ringlasers.

- V-

Fig. 1 zeigt einen bekannten Ringlaser mit einem Trägerblock 1, der in üblicher Weise aus einer thermisch und mechanisch hochstabilen Glaskeramik besteht. Der Trägerblock 1 ist auf einer Seite mit einem Ausschnitt 2 versehen, ih dem eine separate He-Ne-Gasentladungsröhre 3 angeordnet ist, die aus üblichem Apparateglas besteht. Der Strahlengang 4 ist durch volle Linien dargestellt. Er durchsetzt axial die Gasentladungsröhre 3. Zur Verwendung als Ringlaserkreisel ist der Trägerblock 1 weiter mit einem üblichen Zitterantrieb 5 versehen.

Der Trägerblock ist mit drei Eckspiegeln 7, 8 und 9 versehen, von denen der Eckspiegel 9 als Hohlspiegel ausgebildet ist. Der Spiegel 8 ist teildurchlässig, über ihm werden Strahlanteile der gegensinnig umlaufenden Wellenzüge ausgekoppelt. Von diesen Strahlanteilen werden Fotodioden 10 und 10' beaufschlagt. Deren Ausgangssignale werden· einem Summierer 11 aufgegeben. Dessen Ausgangssignal wird einem Hochspannungsverstärker 12 zugeleitet, von dem ein Stellsignal für einen Piezo-Stellantrieb 13 abgegeben wird, über den der Spiegel 9 parallel verschiebbar ist.

In Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß die Eckspiegel 7 und 8 aus ihrer in vollen Linien dargestellten Ausgangsposition durch Verformungen des Trägerblocks 1 verstellt worden sind. Eine sich daraus ergebende Änderung der Resonanzraumlänge wird durch eine Translationsbewegung des Spiegels 9 über den Stellantrieb 13 kompensiert. Es ergibt sich dann der gestrichelt dargestellte Strahlverlauf 6. Durch diesen aus Anschaulichkeitsgründen übertrieben dargestellten Strahlversatz erfolgt auch ein Winkelversatz des Strahldurchgangs durch die Gasentladungsröhre 3, so daß von dieser nicht mehr die optimale Leistung abgegeben wird.

Zur Behebung dieser Nachteile ist, wie in Fig. 3 dargestellt, gemäß der Erfindung die in den Einschnitt 2 des Trägerblocks 1

untergebrachte Gasentladungsröhre 3 an dem Trägerblock 1 über zwei im Abstand voneinander angeordnete Piezostellantriebe 15, 16 gehaltert. Diese Stellantriebe sind bei der Ausführungsform nach Fig. 3 parallel geschaltet. Der über den Spiegel 8 ausgekoppelte Strahlanteil des in Uhrzeigersinn - cw - umlaufenden Wellenzuges trifft auf eine Fotodiode 18 auf. Das Ausgangssignal wird in einem Verstärker 22 verstärkt und auf eine Schaltung 20 gegeben, in der der Modulationshub gemessen und in einer Stellgröße für die Piezoantriebe 15, 16 umgesetzt. Diese Schaltung kann eine bekannte Schaltung sein, wie sie beispielsweise aus der GB-PS 1 534 998 bekannt ist.

Das Stellsignal wird in üblicher Weise einem Hochspannungsverstärker 22'aufgegeben, der das Stellsignal für die Stellantriebe 15 und l6 abgibt.

Eine Schaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ermöglicht in einfacher Weise eine Kompensation der radialen Wärmedehnung der Gasentladungsröhre durch eine der Wärmedehnung ' proportionale radiale Parallelverschiebung der Gasentladungsröhre 3. Sie ermöglicht es also, ungeachtet der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Materials, aus dem der Trägerblock 1 hergestellt ist und des Glases, aus dem die Gasentladungsröhre hergestellt ist, eine hochgenaue Ausrichtung der Gasentladungsröhre zum Strahlengang zu gewährleisten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 3 Bezug genommen werden kann, sind die beiden Stellantriebe 15 und 16 für die Gasentladungsröhre 3 jeweils getrennt ansteuerbar. Dadurch wird neben

einer Parallelverschiebung auch eine Drehung der Röhre um ihre Längsachse in der Ebene des Strahlenganges möglich. Das verstärkte Ausgangssignal des Fotodetektors 18 wird hier wiederum auf eine Schaltung 20 aufgegeben, mit der der Modulationshub gemessen und in einer erste Stellgröße für die Piezoantriebe umgesetzt wird. Das Ausgangssignal wird auf eine Schaltung 23 aufgegeben, in der zwei separat ansteuerbare Hochspannungsverstärker angeordnet sind. Bei gleicher Ansteuerung der Hochspannungsverstärker erfolgt eine Parallelverschiebung der Röhre. Zusätzlich kann eine Umschaltlogik vorgesehen sein, mit der die Hochspannungsverstärker wechselweise ansteuerbar sind. Diese Umschaltlogik kann über eine Schaltung 24 zur Optimierung der Laserausgangsleistung ansteuerbar sein., wie sie schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Durch eine solche Schaltung läßt sich die Lage der Gasentladungsröhre sowohl radial als auch im Winkel relativ zu dem Strahlengang zwischen den Spiegeln 7 und 8 optimal einstellen.

Claims

Ansprüche

Ringlaser mit einem thermisch und mechanisch hochstabilen Trägerblock mit drei Eckspiegeln, von denen einer stellbar und einer als teildurchlässiger Auskopplungsspiegel ausgebildet ist, hinter dem wenigstens ein Fotodetektor im Strahlengang des ausgekoppelten Strahlanteiles eines der umlaufenden Wellenzüge angeordnet ist und mit einer Gasentladungsröhre als optischem Verstärkermedium, die in einem Ausschnitt des Trägerblocks angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasentladungsröhre über wenigstens einen piezokeramischen Stellantrieb radial in der Ebene des Strahlenganges verstellbar am Trägerblock gehaltert ist, und daß eine Schaltung vorgesehen ist, mit der der Modulationshub des ausgekoppelten Strahlanteiles gemessen und in ein vom Modulationshub abhängiges Hochspannungsstellsignal für den Stellantrieb umgesetzt wird.
2. Ringlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d;Le Gasentladungsröhre in der Ebene des Strahlenganges zusätzlich im Winkel verstellbar ist.
3. Ringlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Längsrichtung der Gasentladungsröhre im Abstand voneinaander angeordnete Stellantriebe vorgesehen sind.
4. Ringlaser nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stellantriebe unabhängig ansteuerbar sind.