DE4124272A1 - Passiver weglaengensteuerspiegel fuer einen laser - Google Patents
Passiver weglaengensteuerspiegel fuer einen laserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserspiegelhalte
rung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine
Spiegelhalterung, welche eine passive Weglängensteuerung
(passive pathlength control = PPLC) bereitstellt, die die
thermische Ausdehnung des Laserkörpers zu kompensieren ver
mag.
Laser sind seit den frühen 60er Jahren bekannt und werden
seitdem vielfältig benutzt. Eine Klasse von Lasern verwendet
zwei Spiegel und einen einzelnen linearen Pfad zum Erzeugen
eines Strahles, welcher für verschiedene Zwecke verwendet
werden kann. In einer anderen Klasse von Lasern wird der
Laserpfad durch drei, vier oder mehr Spiegel in der Form
eines Ringes gebildet. Zwei oder mehr Laserstrahlen wandern
dann in entgegengesetzten Richtungen innerhalb des Ringes,
wobei eine Schwebungsfrequenz erzeugt wird. Wenn sich der
Laserring bewegt, ändert sich die Schwebungsfrequenz, da der
Lichtstrahl, welcher sich in Richtung der Bewegung ausbrei
tet, etwas länger benötigen wird, um den Ring zu durchque
ren, während der Strahl, der in der entgegengesetzten Rich
tung der Bewegung wandert, geringfügig weniger Zeit benöti
gen wird, um den Ring zu durchqueren. Dies stellt die Grund
lage für einen Ringlasergyro dar, welcher als Navigations
einrichtung verwendet wird.
Typische Ringlasergyros können zwei, vier, sechs oder mehr
Frequenzen verwenden. Wie zuvor erwähnt, können sie deswei
teren drei, vier oder mehr Spiegel verwenden, um den
gewünschten Ring zu bilden.
Ringlasergyros können als ebener flacher Laserring oder als
gefalteter Laserring ausgelegt sein. Ein typischer ebener
flacher Laserring, welcher vier Spiegel verwendet ist in US-
A-43 17 089, patentiert am 23. Februar 1982 für D. C. Grant,
et al., beschrieben. Ein Ringlasergyro, welcher aus vier
Spiegel gebildet ist, welche an den Ecken eines Blockes
angeordnet sind, welcher die "Vertices" eines Tetraeders
definiert, ist in US-A-48 13 774, patentiert am
21. März 1989 für T. A. Dorschner, et al., beschrieben (das
Patent wurde auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung übertragen). Ein ähnlicher Laser welcher auf einem
Block mit vier Spiegel ausgebildet wurde, welcher einen
Ring in zwei orthogonalen Ebenen bilden, wobei nur zwei der
vier Spiegel auf den "Vertices" des Blockes angeordnet
sind, ist in US-A-48 18 087, herausgegeben am 4. April 1989
für T. A. Dorschner, desweiteren übertragen auf den Rechts
nachfolger der vorliegenden Erfindung, beschrieben. Ein
Niedrig-Kosten, Sechsfrequenzringlaser mit einem nicht pla
naren, irregulär geschlossenen Pfad zwischen den Spiegeln
ist in US-A-46 87 331 dargestellt, patentiert am
18. August 1987 für M. Holz, et al., gleichfalls übertragen
auf den Rechtsnachfolger dieser Erfindung, beschrieben.
Nahezu alle gegenwärtigen Ringlasergyros verwenden einen
oder mehrere aktiv gesteuerte, deformierbare Spiegel, um
eine konstante Weglänge in ihnen aufrechtzuerhalten. Die
Steuerung des deformierbaren Spiegels wird im allgemeinen
durch die Verwendung einer dünnen Membran erreicht, welche
mittels eines piezoelektrischen Kristalles verbogen wird. Es
wurde herausgefunden, daß diese Verbiegung eines Ringlaser
gyrospiegels unter Verwendung von piezoelektrischen Kristal
len dazu führt, daß die auf der Membran gehaltenen Spiegel
zum Kippen veranlaßt werden, wenn sie gebogen werden. Die
Verbiegung kann desweiteren aufgrund von Temperaturänderun
gen des Weglängensteuerspiegels auftreten. Die Spiegelver
kippung infolge der Verbiegung oder von Temperaturänderungen
veranlaßt den Reflexionspunkt auf dem Spiegel, welcher die
Laserweglänge begründet, über den Spiegel zu wandern. Ein
derartiges Strahlwandern hat signifikante Änderungen der
Weglänge des Lasers zur Folge, was dazu führen kann, daß
sich der Ausgang des Gyros um einige Prozentpunkte pro
Stunde ändert. Der durch diese Variationen veranlaßte Laser
fehler ist ein Fehler, den alle Hersteller bemüht sind zu
vermindern.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Laserspiegelhalterung für ein Ringlasergyro
bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 bzw. 18 bzw. 19 angegebenen Merkmale.
Im einzelnen geschieht dies dadurch, daß eine Laserspiegel
halterung bereitgestellt wird, welche eine Halter-Basis auf
weist, die auf dem Körper eines Lasers befestigt wird. Ein
Steg ist auf der Halter-Basis befestigt, wobei er sich von
ihr in Richtung des Lasers erstreckt. Der Steg ist aus einem
Material ausgewählt, das einen thermischen Expansionskoeffi
zienten aufweist, der so ausgewählt wurde, daß der auf ihm
befestigte Spiegel an demselben festen Punkt innerhalb des
Laserpfades gehalten wird, während der Laserkörper und die
Halter-Basis der Laserspiegelhalterung und ihr Steg einer
thermischen Expansion infolge der thermischen Erwärmung
unterliegen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Steg
derartig ausgelegt wird, daß er sich aufgrund der
thermischen Erhitzung in eine bestimmte Richtung bewegt,
während der Laserkörper sich in die andere Richtung bewegt.
Ein derartiger Aufbau wird als eine passive
Weglängensteuerung (PPLC) bezeichnet.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein
Laserspiegel bereitgestellt wird, der die Verkippung und die
Hysterese eliminiert, die normalerweise innerhalb bekannter
piezoelektrischer Spiegelsysteme auftreten, wodurch eine
verbesserte Weglängensteuerung möglich wird.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß
eine Laserspiegelhalterung bereitgestellt wird, die die
Kosten vermindert, die Unempfindlichkeit des Lasers erhöht,
und zwar sowohl vom hohen "g" als auch vom Strahlungsgüte
standpunkt (radiation hardening viewpoint) aus, und die die
Empfindlichkeit auf Vibrationen vermindert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht, in der schematisch ein Ringlaser
gyro mit den verbesserten Laserspiegelhalterungen
gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 eine detaillierte Draufsicht der Laserspiegelhalte
rung von Fig. 1, wobei eine Variante davon darge
stellt ist;
Fig. 3 eine detaillierte Ansicht ähnlich der von Fig. 2, in
der eine weitere Variante der Laserspiegelhalterung
dargestellt ist; und
Fig. 4 eine detaillierte Ansicht, in der noch eine weitere
Variante der Laserspiegelhalterung dargestellt ist.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden. In Fig. 1 ist ein typischer Ringlaser
gyro 10 dargestellt, welcher innerhalb eines Laserkörpers 12
ausgebildet ist, welcher die Form eines Blockes annehmen
kann, der aus einem Material mit geringer Expansion herge
stellt werden kann, wie beispielsweise einem verarbeitbaren
Glaskeramikmaterial, das kommerziell als Zerodur, herge
stellt von der "Shott Optical Company" verfügbar ist, Quarz,
Quarzglas, Pyrex oder Rayceram, einem gepreßten keramischen
Material, welches von dem Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird. Ein Durchgang 14 kann innerhalb
des Laserkörpers 12 ausgebildet sein, in dem Aperturen von
entgegengesetzten Ecken des Körpers 12 eingebohrt werden.
Der Durchgang 14 bildet einen Ring, auf dem ein Laserstrahl
oder Laserstrahlen wandern können, welche eine Weglänge ha
ben, die schematisch mit 16 bezeichnet ist, und zwar mit der
Hilfe von reflektierenden Laserspiegeln 18, 20, 22 und 24.
In der dargestellten Ausführungsform ist der in dem Laser
körper 12 ausgebildete Ringlasergyro innerhalb einer einzel
nen Ebene eingerichtet, wobei die Spiegel 20, 22 und 24 voll
reflektierend sind, während der Spiegel 18 teilreflektierend
ist. Während der in Fig. 1 dargestellter Laserkörper als ein
flaches Quadrat dargestellt ist, können gleichfalls andere
Formen innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung
gewählt werden. Gleichfalls wird darauf hingewiesen, daß die
durch den Strahl 16 eingerichtete Weglänge entweder als ein
gefalteter Rhombus oder als ein gefaltetes Tetraeder gefal
tet werden kann. Ähnlicherweise kann der Laserpfad 16 ein
einzelner linearer Pfad zwischen zwei Spiegeln, oder ein
dreieckiger Pfad zwischen drei Spiegeln, oder ein tetraeder
förmiger Pfad zwischen vier Spiegeln sein.
Die Spiegel 20 und 24 weisen eine Spiegelhalterbasis 26 auf,
die eine innere Oberfläche hat, die an dem Laserkörper 12
befestigt ist. Von dieser inneren Oberfläche der Halter
Basis 26 und sich in Richtung des Laserkörpers 12
erstreckend befindet sich ein Spiegelsteg 28, auf dem ein
Laserspiegel 30 befestigt ist, wie man am besten Fig. 2 ent
nehmen kann.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist eine Variante der Spiegel
20 und 24 den Spiegelsteg 28 als ein einzelnes Teil der Hal
ter-Basis 26 auf. Die Halter-Basis 26 ist mit einer oberen
inneren Oberfläche 29 ausgebildet, welche an dem Laserkörper
12 anliegt, wenn der Spiegel an dem Laserkörper befestigt
wird. Eine Spiegelhalteroberfläche 32 ist unter einen Winkel
Φ zu der oberen Oberfläche 29 der Spiegelhalterbasis 26 ange
ordnet. Die Anordnung der Oberfläche 32 unter einem Winkel Φ
erlaubt dem auf ihr befestigten Spiegel 30 beim Befestigen
auf dem Laserkörper leicht verkippt zu werden. In der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsform können einer oder
beide, der Spiegel 20 oder 24, einen gekeilten Steg aufwei
sen. Darüber hinaus kann der Spiegel 30 direkt auf der Ober
fläche 32 befestigt werden, oder er kann auf einem Substrat
angeordnet werden, wie schematisch mit dem Bezugszeichen 30
dargestellt, und dann mit dem Substrat auf der Oberfläche 32
befestigt werden.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, bewirkt eine Rota
tionsbewegung der Spiegelhalter-Basis 26 die Justage des
Einfallswinkels des Laserstrahls 16, wenn er auf den Spiegel
30 trifft. Auf ähnliche Art und Weise bewirkt eine Transla
tionsbewegung der Basis 20 eine Justage der Weglänge, wohin
gegen der Einfallswinkel des Laserstrahls nicht justiert
wird. Wie im folgenden klar werden wird, können der Steg 28
und sein Spiegel 30 verwendet werden, um die Weglänge 16 des
Lasers 10 fein abzustimmen. Eine ähnliche Technik ist in US-
A 43 17 089 beschrieben.
Ein wichtigeres Merkmal des Steges 28 ist, daß er mit einem
thermischen Expansionskoeffizienten ausgestattet wurde, der
es erlaubt, daß der Steg 28 sich in einer Richtung ausdehnt,
die der thermischen Expansion des Laserkörpers 12 entgegen
gesetzt ist. Beispielsweise würde der Körper 12, wenn der
Laserkörper 12 von einer niedrigeren zu einer höheren Tempe
ratur erwärmt wird, sich nach außen in einer Richtung bewe
gen, wobei er den Laserspiegel 20 und die Spiegelhalter-
Basis 26 mit sich führen würde. Gleichzeitig würde die ther
mische Erwärmung eine Expansion des Steges 28 und somit eine
nach innen gerichtete Bewegung seiner Oberfläche bewirken,
die den Spiegel 30 trägt. Mit einer geeigneten Wahl der
Größe und des Materials können die thermischen Expansionen
des Laserblockes 12 und des Spiegelhaltersteges 28 derart
ausgewählt werden, daß der Spiegel 30 an dem gleichen Punkt
innerhalb des Laserpfades 16 verbleibt.
Der Ausdruck für eine Änderung in der optischen Weglänge Δ L,
wie durch den Laserstrahl 16 dargestellt, infolge einer
einheitlichen Änderung der Temperatur T eines beliebigen
Rings, welcher einen einzelnen intracavity Faraday-Dreher
und vielfach passive Weglängensteuerspiegel (PPLC) aufweist,
ergibt sich beispielsweise in Einheiten von Zentigrad zu ist:
ΔL = {αβL+[(nR-1)αR+dnR/dT] dR-Σi 2αiti cos Ri} ΔT
wobei:
αi = der Expansionskoeffizient des PPLC Spiegelsteges i,
ti = die Dicke des PPLC Spiegelsteges i,
Ri = der Einfallswinkel auf dem PPLC Spiegel i,
dR = die Dicke des Faraday-Drehers,
αR = der Expansionskoeffizient des Faraday-Drehers,
nR = der Brechungsindex des Faraday-Drehers,
αβ = der Expansionskoeffizient des Blocks,
L = die optische Weglänge des Rings und
T = die absolute Temperatur
ist.
αi = der Expansionskoeffizient des PPLC Spiegelsteges i,
ti = die Dicke des PPLC Spiegelsteges i,
Ri = der Einfallswinkel auf dem PPLC Spiegel i,
dR = die Dicke des Faraday-Drehers,
αR = der Expansionskoeffizient des Faraday-Drehers,
nR = der Brechungsindex des Faraday-Drehers,
αβ = der Expansionskoeffizient des Blocks,
L = die optische Weglänge des Rings und
T = die absolute Temperatur
ist.
Der erste Ausdruck auf der rechten Seite ist der Beitrag der
Blockausdehnung, der zweite Ausdruck (in eckigen Klammern)
der des Faraday-Drehers und der Summenausdruck der der PPLC
Spiegel. Der Faktor 2 in dem Summenausdruck berücksichtigt
eine gegebene Spiegelbewegung, die zu gleichen Weglängenän
derungen in zwei benachbarten Armen führt. Der Beitrag der
Gasentladung innerhalb des Durchgangs 14, welche den Laser
betrieb ermöglicht, wird aus praktischen Gründen vernachläs
sigt. Der Ausdruck ist strenggenommen nur für Werte von ΔT
gültig, die klein genug sind, so daß die thermischen Expan
sionen α im wesentlichen unabhängig von der Temperatur sind.
Der Ausdruck kann auf bekannte Art und Weise verallgemeinert
werden, um zu berücksichtigen, daß reale Materialien mit
kleinen Expansionskoeffizienten eine erhebliche Variation in
ihrer Expansion für Temperaturbereiche ΔT aufweisen, die
größer sind als einige 10°C.
Für den Fall eines "clear path" gefalteten Rhombusrings mit
befestigten PPLC Spiegeln i = 1,2, mit α1 = α2 = α,
R1 = R2 = R und t1 = t2 = t wird die Bedingung für eine kon
stante Weglänge einfach:
t = αβL / (4 α cos R).
Die folgende Tabelle 1 listet die PPLC Spiegelstegdicke t
(in mm) für den Fall eines tetraederförmigen 25 cm Rings
(30° Einfallswinkel) auf. Blockmaterialien, die für die
Familie der oben erwähnten Ringlasergyros geeignet sind,
sind in der ersten Spalte aufgeführt. Spiegelmaterialien,
die für die PPLC Spiegel verwendet werden können, sind in
der obersten Zeile aufgeführt. Der (konstante) thermische
Expansionskoeffizient (CTE), welcher für jedes Material
zugrundegelegt wurde, ist in Klammern (in ppm pro Grad C)
angegeben. Mit Pyrex ist das Corning Borsilikatglas Code
7740 gemeint. ULE-Quarz entspricht dem Corning′s Code 7971
Titansilikat, und die Quarzglaswerte sind für Corning Code
7940. Das "Rayceram" ist eine "Raytheon" isostatisch
gepreßte Keramik. Keine Tabelleneinträge sind für die Fälle
gemacht, in denen die Blockausdehnung größer oder gleich der
Spiegelausdehnung ist.
Die Tabelle 1 berücksichtigt einen intracavity Faraday-Dre
her mit einer Dicke von 0,5 mm. Die Materialcharakteristi
ken, die für den Faraday-Dreher angenommen worden sind,
sind:
Brechungsindex: 1,69
Temperaturableitung des Indexes: 7,5 ppm pro °C
Expansionskoeffizient: 4,7 ppm pro °C.
Temperaturableitung des Indexes: 7,5 ppm pro °C
Expansionskoeffizient: 4,7 ppm pro °C.
Die thermischen Expansionen (CTE, in ppm) und die entspre
chenden Spiegelstegdicken (in mm) in Tabelle 1 sind für
einen Bereich von 20°C bis 40°C gültig.
Es wurde herausgefunden, daß der Faraday-Dreher nur eine
geringe Störung für die Steglänge bedeutet, die benötigt
wird, um die thermische Expansion des Blockes zu kompensie
ren.
In Fig. 3 ist eine Variante der Laserspiegelhalterung darge
stellt. In dieser Ausführungsform können der Steg 28 und die
Spiegelhalter-Basis 26 aus zwei verschiedenen Material
stücken hergestellt werden, um die Fabrikation zu erleich
tern. In einer weiteren Ausführung kann der Steg 28 mit
Standard oder festen Dimensionen hergestellt sein, wobei
eine Unterlegscheibe 34 auf die innere Oberfläche der
Halter-Basis 26 an ihrer äußeren Peripherie hinzugefügt
wird. Die Unterlegscheibe 34 kann mit verschiedenen Dicken
hergestellt sein. Diese variierenden Dicken erlauben den
Aufbau eines Lasers 10 auf dem Laserkörper 12 unter Verwen
dung von Stegen 28 mit standardisierter Größe. Verschiedene
Unterlegscheiben 34 werden dann hinzugefügt, um Toleranzva
riationen des Laserkörpers 12 zu kompensieren.
Eine weitere Variante der Laserspiegelhalterung ist in Fig.
4 dargestellt. Ähnlich wie in Fig. 3 kann eine Unterleg
scheibe 34 zu der Spiegelhalterbasis 26 hinzugefügt werden.
Es kann wünschenswert sein, den Spiegel 30 derart zu befe
stigen, daß er mit der ausgeschnittenen Oberfläche fluchtet,
um so die Halter-Basis 26 anzupassen, wie in der oberen
rechten Ecke von Fig. 1 dargestellt. In diesem Fall kann die
Unterlegscheibe 34 derart hergestellt werden, daß sie die
selbe Dicke aufweist wie der Steg 28. Um an Toleranzvaria
tionen zwischen Laserblöcken anzupassen, ist es möglich, den
Steg 28 und die Unterlegscheibe 34 derart auszulegen, daß
sie dieselben Dimensionen aufweisen. Nachfolgend können
jeweils zusätzliche Abstandshalter (36) für den Steg und
zusätzliche Abstandshalter (38) für die Unterlegscheibe ver
wendet werden.
In einem Niedrig-Kosten Sechsfrequenz Ringlasergyro, wie in
dem in US-A 46 87 331 gezeigten wird eine Weglängensteuerung
nicht benötigt. Indessen hängen bestimmte Fehlerquellen, wie
beispielsweise die Rückstreuungskopplung, von der Weglänge
im allgemeinen und von den relativen Spiegelentfernungen im
besonderen ab. Die passive Weglängensteuerung (PPLC), welche
die thermische Expansion des Steges 28 verwendet, ist eine
effektive Vorrichtung, um derartige Fehler wie Rückstreu
ungskopplung über einen großen Temperaturbereich zu minimie
ren.
In Ringlasergyros, von denen eine hohe Genauigkeit verlangt
wird, kann die passive Weglängensteuerung (PPLC) der vorlie
genden Erfindung mit einer aktiven Weglängensteuerung kombi
niert werden, um den Arbeitsbereich einer derartigen aktiven
Weglängensteuerung zu vermindern. Unter derartigen Umständen
kann die Verwendung der aktiven Weglängensteuerung, die bei
spielsweise mittels eines piezoelektrischen Spiegels durch
geführt wird, in Kombination mit der passiven Weglängen
steuerung eingesetzt werden, die mittels des Steges 28
durchgeführt wird. Ein piezoelektrischer Spiegel oder ein
anderes piezoelektrisches Element wird typischerweise Varia
tionen der Laserweglänge von zwei bis vier Wellenlängen der
Laserstrahlfrequenz ermöglichen. Daher kann eine Feinabstim
mung durchgeführt werden, indem das Substrat des Laserspie
gels 30, oder wie in Fig. 4 gezeigt, die Laserhalter-Basis
26, aus einem piezoelektrischen Kristall gebildet wird. Die
Anwendung einer Spannung, welche von einer Spannungsquelle
40 bereitgestellt wird, über das piezoelektrische Kristall
26′, wie in Fig. 4 dargestellt, wird den Kristall veranlas
sen, sich entweder zusammenzuziehen oder auszudehnen, je in
Abhängigkeit der angelegten Spannung. Der verminderte Betrag
des Zusammenziehens oder der Ausdehnung infolge der Anwesen
heit des sich thermisch ausdehnenden oder sich thermisch zu
sammenziehenden Steges 28 erlaubt eine Verminderung des
Arbeitsbereiches des piezoelektrischen Kristalls 26′,
wodurch Systemfehler vermindert werden. Diese Zusammenzie
hung oder Expansion, gekoppelt mit der thermischen Expansion
des Steges 28 bildet eine Kombination einer aktiven und pas
siven Weglängensteuerung, welche signifikant die Genauigkeit
eines Ringlasergyros verbessert, innerhalb dem der passive
Weglängensteuerspiegel 20 befestigt ist. Darüber hinaus kann
der Betrag der Verkippung, der zuvor durch die Verwendung
von piezoelektrischen Kristallspiegeln erzeugt worden ist,
erheblich vermindert werden, da der Betrag der Verbiegung,
die von dem piezoelektrischen Kristall benötigt wird, erheb
lich vermindert werden kann.
Die Befestigung des Spiegels 30 unter einem Winkel Φ auf dem
Steg 28 erlaubt die Justage der Weglänge des Ringlasergyros
10, und zwar unabhängig einer piezoelektrischen Kristall-
oder Spiegelablenkung. Dies erlaubt die Einrichtung des
Gyros 10 in einem vorherbestimmten Umgebungstemperaturbe
reich, was die Leistungsfähigkeit weiter verbessert.
Zusammenfassend kann also festgestellt werden: Ein Laser
spiegelhalteraufbau für einen Laser wurde beschrieben. Der
Halteraufbau umfaßt eine Halter-Basis, welche auf dem Laser
körper befestigt wird. Ein Steg ist an der Halter-Basis
befestigt, auf dem seinerseits der Laserspiegel befestigt
wird. Der Steg weist einen thermischen Expansionskoeffizien
ten auf, der derart ausgewählt ist, daß er den Spiegel in
einer festen Position hält. Dies wird erreicht, indem sich
der Steg aufgrund der thermischen Expansion in eine Richtung
ausdehnt, während sich der Laserkörper infolge der thermi
schen Expansion um den gleichen Betrag in die entgegenge
setzte Richtung ausdehnt.
Weitere Modifikationen der vorliegenden Ausführungsformen,
die im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 beschrieben worden
sind, werden dem Fachmann beim Studium der Beschreibung und
der Ansprüche zusammen mit der Zeichnung klar. Daher soll
die vorliegende Erfindung nur durch die beigefügten Ansprü
che begrenzt sein.
Claims (21)
1. Laserspiegelhalter zur Verwendung in einem Laser, wobei
der Laser in einem Laserkörper ausgebildet ist, welcher
eine Mehrzahl von Laserspiegeln aufweist, die auf dem
Körper zum Einrichten der Weglänge eines Laserstrahles
innerhalb des Körpers befestigt sind mit:
einer Halter-Basis, die auf dem Laserkörper befestigt wird;
einem Steg, der an die Halter-Basis angefügt wird und der sich von ihr in Richtung des Laserkörpers erstreckt;
wobei der Steg einen Laserspiegel in dem Pfad des Laserstrahles befestigt; und
wobei der Steg einen thermischen Expansionskoeffizien ten aufweist, der dahingehend ausgewählt wurde, den auf ihn befestigten Spiegel in einer festen Position in dem Pfad des Laserstrahles zu halten, während der Laserkör per infolge thermischer Erwärmung in eine erste Rich tung und der Steg sich infolge der thermischen Erwär mung in eine zweite Richtung ausdehnt.
einer Halter-Basis, die auf dem Laserkörper befestigt wird;
einem Steg, der an die Halter-Basis angefügt wird und der sich von ihr in Richtung des Laserkörpers erstreckt;
wobei der Steg einen Laserspiegel in dem Pfad des Laserstrahles befestigt; und
wobei der Steg einen thermischen Expansionskoeffizien ten aufweist, der dahingehend ausgewählt wurde, den auf ihn befestigten Spiegel in einer festen Position in dem Pfad des Laserstrahles zu halten, während der Laserkör per infolge thermischer Erwärmung in eine erste Rich tung und der Steg sich infolge der thermischen Erwär mung in eine zweite Richtung ausdehnt.
2. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin der Steg an
die Halter-Basis unter einem ersten Winkel angefügt ist
und der Laserspiegel unter einem zweiten Winkel
befestigt ist, um einen Keilwinkel zwischen der Basis
und dem Laserspiegel zu bilden, wobei eine Bewegung der
Basis auf dem Laserkörper den Punkt auf dem Spiegel
justiert, der von dem Laserstrahl gestreift wird, der
seinerseits die Weglänge des Laserspiegels justiert.
3. Laserspiegelhalter nach Anspruch 2, worin die Bewegung
der Basis auf dem Laserkörper eine Translationsbewegung
ist.
4. Laserspiegelhalter nach Anspruch 2, worin die Bewegung
der Basis auf dem Laserkörper eine Rotationsbewegung
ist.
5. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, wobei die Halter-
Basis und der Steg einstückig aus einem Material ausge
bildet sind.
6. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, wobei die Halter-
Basis und der Steg aus zwei separaten Materialstücken
ausgebildet sind.
7. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin der Steg eine
Spiegelhalteroberfläche aufweist und der Laserspiegel
direkt auf der Spiegelhalteroberfläche ausgebildet und
befestigt ist.
8. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin der Steg eine
Spiegelhalteroberfläche aufweist und der Spiegel auf
einem Substrat ausgebildet ist, welcher seinerseits auf
der Spiegelhalteroberfläche befestigt ist.
9. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, wobei die Halterba
sis eine innere Oberfläche aufweist, die dicht an den
Laserkörper angrenzt, und eine äußere Peripherie auf
der inneren Oberfläche, die einen inneren Bereich auf
ihr umgibt; und mit einer Unterlegscheibe, welche auf
der äußeren Peripherie der inneren Oberfläche der Hal
terbasis befestigt ist; und wobei
der Steg auf dem inneren Bereich der inneren Oberfläche
der Halter-Basis befestigt ist.
10. Laserspiegelhalter nach Anspruch 9, worin die Unterleg
scheibe und der Steg im wesentlichen die gleiche Dicke
aufweisen.
11. Laserspiegelhalter nach Anspruch 9, worin die Unterleg
scheibe, der Steg und die Halter-Basis aus verschie
denen Stücken bereitgestellt sind.
12. Laserspiegelhalter nach Anspruch 11, worin der Steg aus
ersten und zweiten Stücken ausgebildet ist, wobei das
erste Stück den Laserspiegel befestigt und eine feste
Dicke aufweist, und das zweite Stück eine variable
Dicke aufweist, um Toleranzvariationen des Laserkörpers
zu kompensieren.
13. Laserspiegelhalter nach Anspruch 11, wobei die Unter
legscheibe aus ersten und zweiten Stücken ausgebildet
wird, wobei das erste Teil eine feste Dicke und das
zweite Teil eine variable Dicke aufweist, um Toleranz
variationen des Laserkörpers zu kompensieren.
14. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin der Laser aus
einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Singlefre
quenzlaser, einem Zweifrequenzlaser, einem Vierfre
quenzlaser oder einem Sechsfrequenzlaser besteht.
15. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin der Laser aus
einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Laser mit
einer geraden Weglänge und zwei Spiegel, einem Laser
mit einer ebenen Weglänge und drei Spiegel, einem
Laser mit einer ebenen Weglänge und vier Spiegel, oder
einem Laser mit einer gefalteten Weglänge und vier oder
mehr Spiegel besteht.
16. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, worin wenigstens
einer der Laserspiegel auf einer Halterbasis ausgebil
det ist, die einen deformierbaren piezoelektrischen
Kristall aufweist, um eine Feinabstimmung der Laser
weglänge zu erhalten; und wobei
wenigstens einer der Laserspiegel auf dem Steg ausge
bildet und an die Halter-Basis angefügt ist, um eine
Grobabstimmung der Laserweglänge zu erhalten.
17. Laserspiegelhalter nach Anspruch 1, wobei die Halterba
sis einen deformierbaren piezoelektrischen Kristall
aufweist, um eine Feinabstimmung der Laserwellenlänge
zu erhalten, während der Steg auf ihr befestigt ist, um
eine Grobabstimmung zu erhalten.
18. Halter für einen Laserspiegel, welcher auf einem Laser
körper verwendet wird, mit:
einem Steg zum Befestigen eines Laserspiegels innerhalb eines Laserkörpers, wobei der Steg und der Laserkörper jeweils eine thermische Expansion erleiden; und
einer Halter-Basis zum Befestigen des Steges auf dem Laserkörper, wobei die thermische Expansion des Steges der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegen wirkt.
einem Steg zum Befestigen eines Laserspiegels innerhalb eines Laserkörpers, wobei der Steg und der Laserkörper jeweils eine thermische Expansion erleiden; und
einer Halter-Basis zum Befestigen des Steges auf dem Laserkörper, wobei die thermische Expansion des Steges der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegen wirkt.
19. Halter für einen Laserspiegel, welcher auf einem Laser
körper verwendet wird, mit:
einem Steg zum Befestigen eines Laserspiegels innerhalb eines Laserkörpers, wobei der Steg und der Laserkörper jeweils eine thermische Expansion erleiden;
einer Halter-Basis zum Befestigen des Steges an den Laserkörper, wobei die thermische Expansion des Steges der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegen wirkt; und
einem piezoelektrischen Kristall, dessen Expansion des weiteren der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegenwirkt.
einem Steg zum Befestigen eines Laserspiegels innerhalb eines Laserkörpers, wobei der Steg und der Laserkörper jeweils eine thermische Expansion erleiden;
einer Halter-Basis zum Befestigen des Steges an den Laserkörper, wobei die thermische Expansion des Steges der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegen wirkt; und
einem piezoelektrischen Kristall, dessen Expansion des weiteren der thermischen Expansion des Laserkörpers entgegenwirkt.
20. Halter für einen Laserspiegel nach Anspruch 19, worin
die Halterbasis aus dem piezoelektrischen Kristall her
gestellt ist.
21. Halter für einen Laserspiegel nach Anspruch 19, worin
der Spiegel auf einem Substrat befestigt ist und das
Substrat aus dem piezoelektrischen Kristall hergestellt
ist.
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