DE3412016C2 - Ringlaser - Google Patents

Abstract

Ringlaserkreisel mit drei Eckspiegeln mit einer Gasentladungsröhre, die in einem Ausschnitt des Trägerblocks angeordnet ist. Die Gasentladungsröhre ist über wenigstens einen piezokeramischen Stellantrieb radial in der Ebene des Strahlenganges am Trägerblock verstellbar gehaltert. Über eine Schaltung wird der Modulationshub des ausgekoppelten Strahlanteils gemessen und in ein vom Modulationshub abhängiges Hochspannungsstellsignal für den Stellantrieb umgesetzt. Von den Stellantrieben sind vorzugsweise zwei in Längsrichtung der Gasentladungsröhre in Abstand voneinander angeordnet, die auch unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Gasentladungsröhre kann so bei Verlagerung des Strahlenganges infolge Wärmedehnungen des Trägerblocks jeweils genau koaxial mit dem sie durchsetzenden Strahl gehalten werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein solcher Ringlaser ist aus der DE-OS 30 09 796 bekannt.

Der Skalenfaktor des Ringlasers ist —. γ und damit

L, X Ar

abhängig von den geometrischen Abmessungen F = Ringlaserfläche und L = Resonatorraumlänge.

Den größten Einfluß auf den Skalenfaktor hat die Resonatorraumlänge. Zur Optimierung der Resonatorraumlänge in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ und zur Erhaltung der Resonatorraumlänge ist es bekannt, einen der Eckspiegel mit einem Stelltrieb zu versehen, mit dem diesem Spiegel eine Translationsbewegung erteilt wird (DE-OS 29 20 429). Bei einem bekannten Stellantrieb werden die Strahlintensitäten der ausgekoppelten Strahlanteile beider umlaufender Wellenzüge jeweils mit einem Fotodetektor gemessen. Die Ausgar.gssigr.äls dsr Fotodetektoren werden summiert und in Abhängigkeit vom Summensignal ein Hochspannungsverstärker angesteuert, von dem das Stellsignal auf den als Piezöantrieb 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. Dits 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, für den die Resonatorraumlänge dann zu optimieren ist

Aus der DE-OS 31 43 798 ist es zwar bekannt zur justierung des Strahlengangs den gesamten Trägerblock, in den das Gasentladungsrohr in Form einer Innenbohrung integriert ist zu verbiegen. Es ist dort jedoch kein separates Gasentladungsrohr vorgesehen, das in bezug auf den Trägerblock verstellbar gehaltert werden solL

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 stehende Achse kippbar anzuordnen. Die Stellung des Spiegels wird dabei über eine Schaltung gesteuert in der als Eingangssignal der ausgekoppelte Strahlanteil eines der umlaufenden WeI-lenzüge in seiner Intensität gemessen wird. Aus diesem Signal wird unter Verwendung von gesonderten Referenzsignalen das Stellsignal für den Stellantrieb des verstellbaren Spiegels ermitteis (US-PS 41 13 387).

Bei allen bekannten Ringlasern wird vernachlässigt, daß durch die Spiegelverstellung zwar die optimale Resonatorraumlänge wiederhergestellt wird, daß der sich dabei ergebende Strahlengang das Lasermedium, hier die Gasentladungsröhre, aber 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 Sirahlverlaufs durch Regelung der Resonatorraumlänge vom Lasermedium eine optimale Leistung abgegeben wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruches herausgestellten Merkmale.

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.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise ver- . anschaulicht 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 Resonatorraumlänge.

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

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

3

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines er- Fig. 3 Bezug genommen werden kann, sind die beiden findungsgemäßen Ringlasers. Stellantriebe 15 und 16 für die Gasentladungsröhre

Fig. 1 zeigt einen bekannten Ringlaser reit einem Trä- jeweils getrennt ansteuerbar. Dadurch wird neben einer gerblock 1, der in üblicher Weise aus einer thermisch Parallelverscbiebuiig auch eine Drehung der Röhre um und mechanisch hochstabilen Glaskeramik besteht Der 5 ihre Längsachse in der Ebene des Strahlenganges mög-Trägerblock 1 ist auf einer Seite mit einem Ausschnitt 2 lieh. Das verstärkte Ausgangssignal des Fotodetektors versehen, in dem eine separate He-Ne-Gasentladungs- 18 wird hier wiederum über einen Verstärker auf eine röhre 3 angeordnet ist, die aus üblichem Apparateglas Schaltung 20 aufgegeben, mit der der Modulationshub besteht Der Strahlengang 4 ist durch volle Linien dar- gemessen und in eine erste Stellgröße für die Piezoangestellt Er durchsetzt axial die Gasentladungsröhre 3. io triebe umgesetzt wird. Das Ausgangssignal wird auf ei-Zur Verwendung als Ringlaserkreisel kann der Träger- ne Schaltung 23 aufgegeben, in der zwei separat ansteublock 1 weiter mit einem üblichen Zitterantrieb 5 verse- erbare Hochspannungsverstärker vorgesehen sind Bei hen sein. gleicher Ansteuerung der Hochspannungsverstärker er-

Der Trägerblock ist mit drei Eckspiegeln 7, 8 und 9 folgt eine Parallelverschiebung der Röhre. Über eine versehen, von denen der Eckspiegel 9 als Hohlspiegel 15 Umschaltlogik sind die Hochspannungsverstärker ausgebildet ist Der Spiegel 8 ist teildurchlässig. Ober wechselweise ansteuerbar. Diese Umschaltlogik kann ihra werden Strahlanteile der gegensinnig umlaufenden über eine Schaltung 24 zur Optimierung der Laseraus-Wellenzüge ausgekoppelt Von diesen Strahlanteilen gangsleistung ansteuerbar sein, wie sie schematisch in werden Fotodioden 10 und 10' beaufschlagt Deren Aus- der Zeichnung dargestellt ist Durch eine solche Schalgangssignale werden einem Summierer 11 aufgegeben. 20 tung läßt sich die Lage der Gasentladungsröhre sowohl Dessen Ausgangssignal wird einem Hochspannungsver- radial als auch im Winkel relativ zu dem Strahlengang stärker 12 zugeleitet von dem ein Stellsignal für einen zwischen den Spiegeln 7 und 8 optimal einstellen.

Piezo-Stellantrieb 13 abgegeben wird, über den der

Spiegel 9 parallel verschiebbar ist Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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 Resonatorraumlänge 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 Rg. 3 parallel geschaltet. Der über den Spiegel 8 ausgekoppelte Strahlanteil 21 des in Uhrzeigersinn — cw — umlaufenden Wellenzuges trifft auf eine Fotodiode 18 auf. Deren Ausgangssignal wird in einem Verstärker 22 verstärkt und auf eine Schaltung 20 gegeben, in der der Modulationshub gemessen und in eine Stellgröße für die Piezoantriebe 15, 16 umgesetzt wird. Diese Schaltung kann eine bekannte Schaltung sein, wie sie beispielsweise aus der G B-PS 15 34 998 bekannt ist.

Das Stellsignal wird in üblicher Weise einem Hochspannungsverstärker 22' aufgegeben, der das Stellsignal für die Stellantriebe 15 und 16 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, uilgcaCiiici dcF ümcrSühicuiiCucIi Wänucdchnüiigäko- öü effizienten 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. 4, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die Beschreibung der Ausführungsform nach

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Ringlaser mit

   a) einem thermisch und mechanisch hochstabilen Trägerblock (1),

   b) einem von drei Resonatorspiegeln (7, 8, 9) gebildeten Resonatorraum, wobei

   bl) einer der Resonatorspiegel (9) über einen piezokeramischen Stellantrieb (13) stellbar ausgebildet ist,

   b2) einer der Resonatorspiegel (8) zur Auskopplung der im Resonatorraum umlaufenden Laserstrahlung (4) als teildurchlässiger Auskoppelspiegel (8) ausgebildet ist,

   c) einem zwischen zwei Resonatorspiegeln (7, 8) angeordneten separaten Lsserrohr(3),

   d) wenigstens einem hinter dem Auskoppelspiegel (8) angeordneten Fotodetektor (18), so daß die durch den Auskoppelspiegel (8) austretende Laserstrahlung auf den Fotodetektor (18) gelangt,

   e) einer Schaltung, die die vom Fotodetektor (18) gemessene Laserintensität in ein von dieser Laserintensität abhängiges Hochspannungsstellsignal für einen Stellantrieb (13,15, 16) umwandelt,

   gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   f) zwei piezokeramische Stellantriebe (15,16) sind an zwei in Längsrichtung des Laserrohrs (3) im Abstand voneinander befindlichen Orten zwischen Laserrohr (3) und Trägerblock (1) angeordnet,

   g) die beiden Stellantriebe (15, 16) sind unabhängig ansteuerbar, so daß das Laserrohr (3) in der durch den Strahlengang gebildeten Ebene in einer zur Längsrichtung des Laserrohrs (3) senkrechten Richtung verschoben und in dieser Ebene auch gedreht werden kann

   40 Beschreibung