WO2000070384A1 - Support de miroir - Google Patents
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- WO2000070384A1 WO2000070384A1 PCT/FR2000/001325 FR0001325W WO0070384A1 WO 2000070384 A1 WO2000070384 A1 WO 2000070384A1 FR 0001325 W FR0001325 W FR 0001325W WO 0070384 A1 WO0070384 A1 WO 0070384A1
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- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
- G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
- G02B7/1824—Manual alignment
- G02B7/1825—Manual alignment made by screws, e.g. for laser mirrors
Definitions
- the subject of this invention is a mirror holder, used in particular to adjust the position and orientation of beam reflecting mirrors in a laser oscillating cavity.
- Some lasers have a regenerative cavity where light travels, reflecting successively on two mirrors at the ends. These mirrors must be oriented with the utmost precision to return the beam in the desired direction. They can carry limited reflective patterns which define the shape of the output beam, which further requires them to be aligned perfectly along the path of the beam by adjusting their lateral position, or even their angular position since their reflective patterns are generally not circular.
- a mirror support characterized in that it comprises a frame, a lever suspended from the frame by springs, a mirror mount at one end of an arm, "the mirror being to be fixed to the mount perpendicular to the arm, and two sets of adjustable stops and counter-stops sliding through the frame and pressing on the lever , the sets of stops and counter-stops sliding respectively in two directions perpendicular to each other and perpendicular to the lever, the stops being antagonistic to the springs, and the arm being articulated to the lever has an eccentric position of the lever, and articulated to the frame.
- the abutments are mechanical parts antagonistic to the abutments, which make it possible to retain a part - here, the lever - between them and the abutments at a position defined by that of the abutments. may consist of sets of opposite screws which may be an extension.
- the frame comprises a fixed part, a first mobile part sliding on the fixed part in a first direction of translation and a second mobile part sliding on the first mobile part in a second direction of translation and to which the lever is suspended, springs connecting the first movable part to the fixed part and to the second movable part and extending respectively in the first direction and the second direction of translation, adjustable stops s' extending respectively across the fixed part in the first direction of translation to the first movable part and through the first movable part in the second direction of translation to the second movable part, the stops being antagonistic to the springs, and the locking screws connecting the first movable part and extending respectively in the first direction of translation and the second direction of translation.
- the angular position of the mirror by rotating it in its plane, can be adjusted if the frame comprises a part fixed to the arm and a turntable on the part fixed to the arm, the mirror being fixed to the plate, and a means of angular position adjustment of the plate. It is finally advantageous that the stops are adjustment screws or that the counter-stops are pressure screws.
- each of the sets of stops and counter-stops comprises a stop and a counter-stop close to the frame and a stop and a counter-stop distant from the frame, and the arm is articulated to the frame near the mirror and to the lever opposite the mirror and adjacent to the stop and the counter stop distant from the frame.
- Figure 1 is a schematic view of a laser cavity
- Figures 2 and 3 are general views of the mirror support
- Figures 4, 5, 6 and 7 illustrate in more detail the mechanical suspension lever system.
- a polarized light beam 1 originating from a laser arrives obliquely in a long regenerative cavity 2 (FIG. 1), and a polarizer 3 returns it to a light amplifier 4 then to a first mirror 5 whose reflecting pattern 6 is a square.
- the beam 1 is returned in the opposite direction, through the amplifier 4 and the polarizer 3 which it crosses this time without deviation, and ends up arriving at a second mirror 7 which can be placed 4.4 meters from the previous one and whose the reflective pattern 8 corresponds to the Fourier transform of the square 6 and more precisely to a square surface from which we have removed streaks 9 intersecting in the grid.
- the beam 1 is returned by the second mirror 7 to the first 5, but the lens 3 intercepts it and it thus travels 50 back and forth before coming out in its direction of departure in the opposite direction. This large number of round trips requires very high precision in the alignment of the two mirrors.
- the support which will now be described can be used for either of the mirrors 5 and 7. FIGS.
- FIGS. 2 and 3 show that it first comprises a frame 10 formed of three parts, namely: a plate 11 assumed to be fixed and which can be fixed to the interior wall of the cavity 2 by screws (not shown) passing through bores 12 formed through the plate 11; a first movable part 13 connected to the plate 11; and a second movable part 14 connected to the previous one; the connections between three parts of the frame consist of ball raceways 15 and 16 which allow the first mobile part 13 to slide in transverse direction on the plate 11 and the second mobile part 14 to slide in vertical direction on the first 13.
- An adjustment screw 18 is engaged through an ear portion 19 erected on the plate 11, and its free end reaches a bearing face 20 of the first movable part 13 and pushes it back when the screw 18 is turned; a spring 21, antagonist of the screw 18, connects the bearing face 20 to the ear 19 and brings them together to establish the stop of the screw 18.
- This system makes it possible to precisely and finely adjust the transverse position of the first part mobile 13 and therefore that of the second mobile part 14; there is another screw 22, which is a pressure or tightening screw, engaged in the bearing face 20 and which passes through the ear 19; its screwing tends to bring the bearing face 20 closer to the lug 19 and therefore locks the first movable part 13 on the plate 11 while maintaining the stop of the screw 18, with a slight tightening which opposes the adjustments without introducing any mechanical stress liable to excessively deform the parts and to distort the adjustment previously obtained by the screw 18.
- the system remains perfectly stable even if the mirror support is subsequently moved.
- the second movable part 14 carries a console 28 with a right-angled cross-section overhanging the plate 11 over a fairly long length and which houses a lever 29, invisible in FIG. 2, which constitutes an essential part of the invention. It extends substantially perpendicular to the two directions of movement of the moving parts 13 and 14, as does the console 28, and it is suspended from it by a pair of springs 30 arranged obliquely.
- a pair of springs 30 arranged obliquely.
- each of them comprises a first adjustment screw 33 engaged at through the console 28 and the free end of which rests on the lever 29, a second adjustment screw 34 arranged in the same way but perpendicular to the previous one, and two other screws 35 and 36 which are engaged pressure screws through a stirrup 37 of the console 28 and which abut against faces of the lever 29 opposite the faces on which the screws 33 and 34 abut respectively.
- the lever 29 is hooked, via a universal joint 53 to an arm 39 which protrudes forwardly to extend through the openings of the movable parts 13 and 14 and end in a mount 40 of the mirror, projecting outside the frame 10.
- the frame 40 is composed of a fixed part 41, fixed to the arm 39 and a plate
- the mirror for example 5, can be glued to the bottom of a cell 47 in the center of the plate 42 while being directed opposite the lever 29.
- the support of the frame 40 can be provided by the second movable part 14 by l intermediary of a universal joint mechanism comprising a ring 49 (FIG.
- the ring 49 is housed, like the mount 40, in an opening 50 of the second movable part 14; it is joined thereto by a first pair of balls 51, aligned horizontally, and to this one by a second pair of balls 52, aligned vertically; the alignment directions of the pairs of balls 51 and 52 correspond to pivot axes of the ring 49 and of the frame 40, which therefore freely takes the desired orientation.
- the universal joint 53 between lever 29 and arm 39 is of construction similar to the previous one, as seen in FIGS. 5 and 7.
- a usual mode of adjusting the orientation of that -It will consist in acting first on the screws 33 and 34 of the group 31 adjacent to the joint 53 so that the screwing depth is almost perfectly transmitted to it and that a comparatively large rotation is transmitted to the arm 39; then a screwing action can be taken on the screws 33 and 34 of the other group 32 to make pivot the lever 29 around the screws 33 and 34 of the first group 31: the universal joint 53 will only be slightly displaced, which is suitable for finely adjusting the orientation of the mirror 5 by slowly rotating the arm 39.
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Abstract
Le support de miroir comprend, outre un bâti (10) qui peut être formé de parties mutuellement mobiles en translation, un levier (29) suspendu à une console (28) par des ressorts (30) et des vis (33, 34) de réglage de position pour prendre l'orientation souhaitée à une grande exactitude près; le miroir est accroché à ce levier. Il peut être monté sur un plateau tournant pour prendre la position angulaire souhaitée. Cette invention s'applique aux miroirs des cavités oscillatrices de laser car la position du miroir peut être réglée avec une très grande finesse et immobilisée avec sûreté.
Description
SUPPORT DE MIROIR
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un support de miroir, utilisé en particulier pour régler la position et l'orientation de miroirs réfléchissant le faisceau dans une cavité oscillatrice de laser.
Certains lasers comportent une cavité régénératrice où la lumière transite en se réfléchissant successivement sur deux miroirs aux extrémités. Ces miroirs doivent être orientés avec la plus extrême précision pour renvoyer le faisceau dans la direction voulue. Ils peuvent porter des motifs réfléchissants bornés qui définissent la forme du faisceau de sortie, ce qui impose encore de les aligner parfaitement le long du trajet du faisceau en réglant leur position latérale, voire leur position angulaire puisque leurs motifs réfléchissants ne sont généralement pas circulaires.
On doit donc régler avec beaucoup de soin les positions des deux miroirs, et on recherche ainsi un support réglable des miroirs qui offre une précision et une sensibilité suffisantes de réglage, qui soit stable et qu'on puisse immobiliser, afin de pouvoir déplacer la cavité sans craindre de dérégler la position des miroirs. L'invention satisfait à ces exigences .
Sous sa forme la plus générale, elle concerne un support de miroir, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti, un levier suspendu au bâti par des
ressorts, une monture du miroir a un bout d'un bras," le miroir étant à fixer à la monture perpendiculairement au bras, et deux ensembles de butées et de contre- butées réglables coulissant a travers le bâti et s' appuyant sur le levier, les ensembles de butées et de contre-butées coulissant respectivement dans deux directions perpendiculaires entre elles et perpendiculaires au levier, les butées étant antagonistes des ressorts, et le bras étant articule au levier a une position excentrée du levier, et articule au bâti. Au sens de l'invention, les contre-butees sont des pièces mécaniques antagonistes des butées, qui permettent de retenir une pièce -ici, le levier- entre elles et les butées à une position définie par celle des butées. Les butées et contre-butées peuvent consister en des jeux de vis opposées qui peuvent être en prolongement.
Ce dispositif est suffisant pour assurer l'orientation des miroirs, qui est la contrainte la plus importante. Si on souhaite régler aussi l'alignement des miroirs, il est avantageux que le bâti comprenne une partie fixe, une première partie mobile coulissant sur la partie fixe dans une première direction de translation et une deuxième partie mobile coulissant sur la première partie mobile dans une deuxième direction de translation et à laquelle le levier est suspendu, des ressorts reliant la première partie mobile à la partie fixe et a la deuxième partie mobile et s' étendant respectivement dans la première direction et la deuxième direction de translation, des butées réglables s' étendant respectivement a travers la
partie fixe dans la première direction de translation jusqu'à la première partie mobile et à travers la première partie mobile dans la deuxième direction de translation jusqu'à la deuxième partie mobile, les butées étant antagonistes des ressorts, et des vis de verrouillage reliant la première partie mobile et s ' étendant respectivement dans la première direction de translation et la deuxième direction de translation.
Enfin, la position angulaire du miroir, en le faisant tourner dans son plan, peut être réglée si la monture comprend une partie fixée au bras et un plateau tournant sur la partie fixée au bras, le miroir étant fixé au plateau, et un moyen de réglage de position angulaire du plateau. II est enfin avantageux que les butées soient des vis de réglage ou que les contre-butées soient des vis de pression.
Une grande finesse de réglage d'orientation est obtenue si chacun des ensembles de butées et de contre-butées comprend une butée et une contre-butée proches de la monture et une butée et une contre-butée éloignées de la monture, et que le bras est articulé au bâti près du miroir et au levier à l'opposé du miroir et de façon adjacente à la butée et à la contre-butée éloignées de la monture.
L'invention sera décrite maintenant plus en détail à l'aide des figures suivantes :
" La figure 1 est une vue schématique d'une cavité de laser, " Les figures 2 et 3 sont des vues générales du support de miroir,
" Et les autres figures 4, 5, 6 et 7 illustrent plus en détail le système mécanique à levier de suspension.
Un faisceau lumineux polarisé 1 originaire d'un laser arrive obliquement dans une cavité régénératrice 2 longiligne (figure 1), et un polariseur 3 le renvoie vers un amplificateur de lumière 4 puis vers un premier miroir 5 dont le motif réfléchissant 6 est un carré. Le faisceau 1 est renvoyé en sens opposé, à travers l'amplificateur 4 et le polariseur 3 qu'il traverse cette fois sans déviation, et finit par arriver à un second miroir 7 qui peut être placé à 4,4 mètres du précédent et dont le motif réfléchissant 8 correspond à la transformée de Fourier du carré 6 et plus précisément à une surface carrée à laquelle on a ôté des stries 9 s ' entrecroisant en grille. Le faisceau 1 est renvoyé par le second miroir 7 vers le premier 5, mais la lentille 3 l'intercepte et il parcourt ainsi 50 allers-retours avant de ressortir dans sa direction de départ en sens opposé. Ce nombre d'allers-retours important nécessite une très grande précision de l'alignement des deux miroirs. Le support qu'on va maintenant décrire peut servir à l'un ou l'autre des miroirs 5 et 7. Les figures 2 et 3 montrent qu'il comprend d'abord un bâti 10 formé de trois parties, à savoir : une platine 11 supposée fixe et qui peut être fixée à la paroi intérieure de la cavité 2 par des vis non représentées traversant des perçages 12 ménagés à travers la platine 11 ; une première partie mobile 13 reliée à la platine 11 ; et une deuxième partie mobile 14 reliée à la précédente ; les liaisons entre les
trois parties du bâti consistent en des chemins- de roulement à billes 15 et 16 qui permettent à la première partie mobile 13 de coulisser en direction transversale sur la platine 11 et à la deuxième partie mobile 14 de coulisser en direction verticale sur la première 13. Une vis de réglage 18 est engagée à travers une portion en oreille 19 érigée sur la platine 11, et son extrémité libre atteint une face d'appui 20 de la première partie mobile 13 et la repousse quand la vis 18 est tournée ; un ressort 21, antagoniste de la vis 18, relie la face d'appui 20 à l'oreille 19 et les rapproche pour établir la butée de la vis 18. Ce système permet de régler avec précision et finesse la position transversale de la première partie mobile 13 et par conséquent celle de la deuxième partie mobile 14 ; il existe une autre vis 22, qui est une vis de pression ou de serrage, engagée dans la face d'appui 20 et qui traverse l'oreille 19 ; son vissage tend à rapprocher la face d'appui 20 de l'oreille 19 et verrouille donc la première partie mobile 13 sur la platine 11 en maintenant la butée de la vis 18, avec un léger serrage qui s'oppose aux déréglages sans introduire de contrainte mécanique susceptible de déformer excessivement les pièces et de fausser le réglage précédemment obtenu par la vis 18. Le système reste parfaitement stable même si le support de miroir est déplacé par la suite. Un système analogue existe pour unir les deux parties mobiles 13 et 14 entre elles et régler leur position en direction verticale : on retrouve une vis de réglage 23 filetée à travers une portion en oreille 24 de la première partie mobile 13
et s ' appuyant sur une face d'appui 25 de la deux-ième partie mobile 14, un ressort 26 tendu entre l'oreille 24 et la face d'appui 25, et une vis de serrage 27 apte à rapprocher les parties mobiles 13 et 14 à l'endroit de l'oreille 24 et de la face d'appui 25 pour maintenir la butée.
La deuxième partie mobile 14 porte une console 28 à section droite en équerre surplombant la platine 11 sur une assez grande longueur et qui abrite un levier 29, invisible sur la figure 2, qui constitue une pièce essentielle de l'invention. Il s'étend sensiblement perpendiculairement aux deux directions de déplacement des parties mobiles 13 et 14, de même que la console 28, et il est suspendu à elle par une paire de ressorts 30 disposés obliquement. On trouve des systèmes mécaniques ressemblant aux précédents pour régler la position du levier 29, sous forme de deux groupes 31 et 32 identiques et disposés à ses extrémités (figures 4 et 5) : chacun d'eux comprend une première vis de réglage 33 engagée à travers la console 28 et dont l'extrémité libre s'appuie sur le levier 29, une deuxième vis de réglage 34 disposée de la même façon mais perpendiculaire à la précédente, et encore deux autres vis 35 et 36 qui sont des vis de pression engagées à travers un étrier 37 de la console 28 et qui viennent buter contre des faces du levier 29 opposées aux faces sur lesquelles butent les vis 33 et 34 respectivement. Comme les vis 35 et 36 sont respectivement dans le prolongement des vis 33 et 34 par-delà le levier 29, on arrive à un montage en croix où les vis 33 et 34, antagonistes à l'action des
ressorts 30, servent à régler la position du levie-r 29 et les vis 35 et 36 sont des vis de contre-butée qui maintiennent fermement le levier 29 à la position choisie précédemment en exerçant un léger serrage : leur action est équivalente à celle des vis de pression 22 et 27 déjà rencontrées. Enfin, d'autres vis de pression, portant les références 38, sont engagées dans la console 28 et leur extrémité vient s'appuyer sur le côté des vis 33 et 34 respectivement pour les retenir en place malgré des vibrations possibles.
La rotation des vis 33 d'un groupe 31 ou de l'autre 32 provoquera un basculement du levier 29 dans un plan, celle des vis 34 un basculement du levier 39 dans un autre plan, perpendiculaire au précédent ; on verra que ces basculement seront répercutés au miroir 5 ou 7 sous forme de rotations dans les mêmes directions.
Le levier 29 est accroché, par l'intermédiaire d'un joint de cardan 53 à un bras 39 qui en dépasse vers l'avant pour s'étendre à travers des ouvertures des parties mobiles 13 et 14 et s'achever en une monture 40 du miroir, saillant à l'extérieur du bâti 10. La monture 40 est composée d'une partie fixe 41, fixée au bras 39 et d'un plateau
42 disposé sur la partie fixe 41 de manière à pouvoir tourner (figures 2, 4 et 6) ; il est retenu sur la partie fixe 41 par un barillet tournant 48 par des vis
43 engagées dans des trous oblongs 44 du plateau 42 et qui autorisent donc un débattement angulaire de celui- ci ; un excentrique 45 est retenu dans une rainure radiale 46 du plateau 42 et sa rotation, qui peut être imposée par un tournevis, fait tourner le plateau 42
sur la partie fixe 41 : la position angulaire du mrroir 5 ou 7 peut donc être réglée. Le miroir, par exemple 5, peut être collé au fond d'un alvéole 47 au centre du plateau 42 en étant dirigé à l'opposé du levier 29. Le soutien de la monture 40 peut être assuré par la deuxième partie mobile 14 par l'intermédiaire d'un mécanisme en joint de cardan comprenant une bague 49 (figure 7) qui autorise les rotations imposées par les groupes de butées 31 et 32 tout en soulageant les ressorts 30 d'une partie du poids du levier 29 et des pièces qui lui sont liées : la bague 49 est logée, comme la monture 40, dans une ouverture 50 de la deuxième partie mobile 14 ; elle est unie à celle-ci par une première paire de billes 51, alignées horizontalement, et à celle-là par une deuxième paire de billes 52, alignées verticalement ; les directions d'alignement des paires de billes 51 et 52 correspondent à des axes de pivotement de la bague 49 et de la monture 40, qui prend donc librement l'orientation voulue.
Le joint de cardan 53 entre levier 29 et bras 39 est de construction analogue au précédent, comme on le voit aux figures 5 et 7. Comme il est à l'opposé du miroir 5, un mode habituel de réglage de l'orientation de celui-ci consistera à agir d'abord sur les vis 33 et 34 du groupe 31 adjacent au joint 53 pour que la profondeur de vissage lui soit presque parfaitement transmise et qu'une rotation comparativement importante soit transmise au bras 39 ; puis une action de vissage pourra être entreprise sur les vis 33 et 34 de l'autre groupe 32 pour faire
pivoter le levier 29 autour des vis 33 et 34 du premier groupe 31 : le joint de cardan 53 ne sera que faiblement déplacé, ce qui conviendra pour régler finement l'orientation du miroir 5 en faisant tourner lentement le bras 39.
Claims
1. Support de miroir (5, 7), caractérisé en ce qu'il comprend un bâti (10 ;11, 13, 14 ; 28), un levier (29) suspendu au bâti par des ressorts (30), une monture (40) du miroir (5) à un bout d'un bras (39), le miroir étant à fixer à la monture perpendiculairement au bras, et deux ensembles (33, 35 ;34, 36) de butées et de contre-butées réglables coulissant à travers le bâti (28) et s ' appuyant sur le levier (29), les contre- butées (35, 36) étant opposées aux butées (33, 34) par rapport au levier, les ensembles de butées et de contre-butées coulissant respectivement dans deux directions perpendiculaires entre elles et perpendiculaires au levier, les butées étant antagonistes des ressorts, et le bras étant articulé au levier à une position excentrée du levier, et articulé au bâti .
2. Support de miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des ensembles de butées et de contre-butées comprend une butée et une contre- butée proches (32) de la monture et une butée et une contre-butée éloignées (31) de la monture.
3. Support de miroir selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce que le bâti (10) comprend une partie fixe (11) , une première partie mobile (13) coulissant sur la partie fixe dans une première direction de translation et une deuxième partie mobile (14) coulissant sur la première partie mobile (13) dans une deuxième direction de translation et à laquelle le levier (29) est suspendu, des ressorts (21, 26) reliant la première partie mobile à la partie fixe et à la deuxième partie mobile et s ' étendant respectivement dans la première direction et la deuxième direction de translation, des butées réglables (18, 23) s 'étendant respectivement à travers la partie fixe dans la première direction de translation jusqu'à la première partie mobile et à travers la première partie mobile dans la deuxième direction de translation jusqu'à la deuxième partie mobile, les butées étant antagonistes des ressorts, et des vis de verrouillage (22, 27) reliant la première partie mobile et s ' étendant respectivement dans la première direction de translation et la deuxième direction de translation.
4. Support de miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les butées (18, 23, 33, 34) sont des vis de réglage.
5. Support de miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les contre-butées (35, 36) sont des vis de pression.
6. Support de miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la monture (40) comprend une partie (41) fixée au bras (29) et un plateau (42) tournant sur la partie fixée au bras, le miroir étant fixé au plateau, et un moyen (45) de réglage de position angulaire du plateau.
7. Support de miroir selon la revendication
6, caractérisé en ce que le moyen de réglage de position angulaire comprend un excentrique (45) dans une rainure (46) du plateau (42) .
8. Support de miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une monture (40) du miroir pivotant dans le bâti (14) par l'intermédiaire d'une bague (49),- la bague pivotant dans le bâti autour d'un premier axe et la monture pivotant dans la bague autour d'un deuxième axe, perpendiculaire au premier axe.
9. Support de miroir selon la revendication
2, caractérisé en ce que le bras (39) est articulé au bâti près du miroir (5) et au levier (29) à l'opposé du miroir et de façon adjacente à la butée et à la contre- butée (31) éloignées de la monture.
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