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Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung für optische Sender
oder Verstärker (Laser) mit einem stimulierbaren Medium, das mit gegebenenfalls
auch einstellbaren Halterungen, vorzugsweise zum Ausgleich von Abmessungstoleranzen,
befestigt ist und mit einem optischen Resonator, bei dem die Spiegel des Resonators
unabhängig von dem stimulierbaren Medium gegebenenfalls einstellbar sind, sowie
mit einem Gestell an dem das stimulierbare Medium und die Spiegel gemeinsam angeordnet
sind.
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üblich sind optische Sender oder Verstärker, im folgenden nur noch
als »optischer Sender« bezeichnet, mit Justiervorrichtungen für die Spiegel. Es
hat sich nämlich gezeigt, daß die Justierung in einem optischen Sender zur Auswahl
geeigneter Eigenschwingungen der erzeugten Strahlung herangezogen werden kann.
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Die bekannten optischen Sender sind so aufgebaut, daß die Spiegel
ihres optischen Resonators so einjustiert werden, daß dessen optische Achse in geeignete
Lage zu dem festmontierten, zur Strahlungsverstärkung vorgesehenen, stimulierbaren
Medium, z. B. einem Rubinkristall oder einem rohrförmigen Gefäß gefüllt mit einem
stimulierbaren Gas oder einer stimulierbaren Flüssigkeit, kommt.
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Bei den bekannten Anordnungen ist es zwar nicht ausgeschlossen, daß
diese auch Halterungsvorrichtungen enthalten, mit denen das stimulierbare Medium
in unterschiedlicher Lage eingesetzt sein kann. Diese Vorrichtungen dienen, wie
z. B. bei dem Ausführungsbeispiel der F i g.1, insbesondere zum Ausgleich unterschiedlicher
Abmessungen des Mediums oder des Rohres. -Sie sind aber nicht zur Fein-Justierung
vorgesehen und sind -hierfür, da sie z. B: wie im Falle der Anordnung nach »British
Communication and Electronics«, Band 11, Nr. 3, März 1964, lediglich höhenverstellbar
sind, auch praktisch unbrauchbar.
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Bei den bisher bekannt gewordenen Anordnungen ist es stets sehr schwierig,
eine gute Justierung im optischen Sender zu erreichen. Der Grund liegt darin, daß
bereits geringfügige Veränderungen der Ausrichtung eines der Spiegel wegen der Länge
der optischen Wege erhebliche Abweichung des Strahlungsverlaufs bewirken; daher
werden für die Spiegel Bekannterweise auch stets Justiervorrichtungen mit hoher
übersetzung des Antriebs verwendet. Es ergeben sich auch immer wieder Schwierigkeiten,
die gerade gewählte Einjustierung stabil einzuhalten, z. B, bei auftretenden Erschütterungen
oder Temperaturänderungen in der Anordnung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Sender oder- Verstärker
mit- optischen Resonator anzugeben, der sich gegenüber entsprechenden bekannten
Anordnungen leichter -und sicherer justieren -läßt.-Eine andere Aufgabe ist- es,-
Sender oder. Verstärker mit optischem Resonator zu schaffen, dessen Justierung ohne
Veränderung der durch die Spiegel des optischen Resonators gegebenen optischen Achse
durchführbar ist, so daß die von ihm ausgesandte Strahlung in ihrer Ausrichtung,
bezogen auf weitere mit dieser Anordnung zusammenwirkende Einrichtungen, durch die
Justierung nicht störend verändert wird.
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Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, daß eine oder mehrere Justiervorrichtung(en)
vorgesehen sind, deren Feintrieb es gestattet, die Lage des stimulierbaren Mediums
gegenüber der durch die Spiegel des optischen Resonators im Gestell festgelegten
optischen Achse am Ort der Justiervorrichtung in beliebiger Richtung quer zu dieser
Achse zu verschieben und dadurch in bezug auf diese Achse zu justieren, wozu Stellvorrichtungen
vorgesehen sind, die jeweils zwischen dem Gestell und dem stimulierbaren Medium
angeordnet und wirksam sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird also das stimulierbare Medium
zwischen den bereits fest aufeinander eingestellten Spiegeln justiert, bis aus der
Vielzahl der möglichen Eigenschwingungen verstärkter Strahlung dieser Anordnung
die gewünschte Schwingung aufgefunden ist.
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Weitere, mehr ins Einzelne gehende Aufgaben werden durch spezielle,
weitergebildete Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung gelöst. Zum Beispiel
soll bei einem optischen Sender oder Verstärker mit sehr langgestrecktem stimulierbarem
Medium, z. B. bei gasförmigem Medium, die erfindungsgemäße Justiereinrichtung so
beschaffen sein, daß der optische Sender gegen Erschütterungen und/oder Temperatureinflüsse
besonders unempfindlich ist. Hierzu empfiehlt es sich, die Justiereinrichtungen
gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform an den beiden, den Spiegeln zugekehrten
Enden des stimulierbaren Mediums angreifen zu lassen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu betätigenden Stellvorrichtungen der Justiereinrichtungen
jeweils an dem feststehenden Teilstück des Senders, etwa dem Gestell; befestigt
sind. Dadurch wird, wie z. B. auch durch die Figuren näher erläutert, erreicht,
daß die bei Betätigung einer Stellvorrichtung unerwünschterweise aber zwangläufig
auf diese Stellvorrichtung ausgeübten undefinierten Kräfte sich nicht der durch
die Stellvorrichtung beabsichtigterweise ausgeübten, genau bemessenen Stehkraft
überlagern und/oder die Justierung der Stellvorrichtung der anderen Koordinate stören.
_ = -Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist-der optische Sender so
aufgebaut, daß zusätzlich zu den Justiervorrichtungen am Medium davon unabhängig
mindestens einer der Spiegel zur Veränderung der optischen Weglänge des Resonators
stufenweise oder stetig in zueinander parallele Stellungen verstellbar ist. Diese
Verstellbarkeit wird u. a. zur frequenzmäßigen Abstimmung des optischen Resonators
herangezogen. Mit dieser Ausführungsform wird z. B. die Aufgabe gelöst, ohne Beeinflussung
der eigentlichen Justierung des stimulierbaren Mediums die frequenzmäßige Abstimmung
des optischen Resonators vorzunehmen. Dies wird dadurch möglich, daß die Einstellvorrichtung
des Spiegels von den erfindungsgemäßen -Justiereinrichtungen des stimulierbaren
Mediums:getrennt ist.
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Da hier die Stellung der Spiegel während des Justiervorganges unverändert
bleiben kann, bleibt auch die Richtung der von- dem Verstärker ausgesandten Strahlung'-konstant:
Dadurch wird es entbehrlich, weitere, mit dem optischen Sender zusammenwirkende
Einrichtungen, in die die Strahlung eintreten soll, nachzujustieren.
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Ganz besondere Vorteile hat das in der Erfindung beschriebene Verfahren
zur Justierung eines optischen Senders oder Verstärkers dann, wenn die erfindungsgemäße
Anordnung mit sphärischen Spiegeln versehen ist. Bekanntlich werden sphärische Spiegel
bei
optischen Sendern oder Verstärkern zweckmäßigerweise so angeordnet, daß sie in nahezu
konfokaler Anordnung zueinander stehen. Die sich in einem derartigen optischen Resonator
ausbildenden Strahlengänge bilden mit ihrem ortsabhängigen Querschnitt ihrer Eigenschwingungen
eine Art Schlauch um eine gemeinsame optische Achse der beiden Spiegel. Die beiden
Spiegel dieser speziellen Ausführungsform eines optischen Resonators sind relativ
leicht aufeinander einzustellen. Erfindungsgemäß wird das stimulierbare Medium so
zu den Spiegeln justiert, daß die gewünschte Eigenschwingung der stimulierten Strahlung
erzielt wird. Dieses Verfahren der Justierung ist wesentlich einfacher als der bisher
übliche, bei dem beide Spiegel zu dem feststehenden Medium ausgerichtet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung
eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor.
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In F i g. 1 ist das Mittel zur Strahlungsverstärkung, das stimulierbare
Medium 1, z. B. ein stabförmiger Rubinkristall oder ein mit einem stimulierbaren
Gas gefülltes Rohr, das an den Enden mit strahlungsdurchlässigen Platten verschlossen
ist, innerhalb der den optischen Resonator begrenzenden sphärischen Spiegeln 2 und
3 angeordnet, zwischen denen, wie mit dem Doppelpfeil 4 angedeutet, die nach dem
Prinzip der stimulierten Emission verstärkte Strahlung verläuft. Mit 5 ist der durch
den teildurchlässigen Spiegel 3 hindurchtretende Anteil der stimulierten Strahlung
bezeichnet. Die Teile 6, 7, 8 und 9 bilden zusammen ein Gestell, in dem das stimulierbare
Medium 1 sowie die Spiegel 2 und 3 gehalten werden. Der Spiegel 2 ist im Teil 9
mit einer Schraube 10 planparallel verschiebbar gehalten. Durch die erfindungsgemäß
vorzusehenden, an das stimulierbare Medium 1 angreifenden Justiervorrichtungen 11
und 12, die andererseits an 7 befestigt sind, wird das stimulierbare Medium 1 in
dem optischen Sender in beliebiger Richtung quer zur Achse des Resonators justierbar
gehalten.
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F i g. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Schnittes II-II durch
die in F i g. 1 dargestellte Anordnung. In der ringförmigen Aussparung der Aufnahme
21 ist das stimulierbare Medium 1 durch eine Klemme 32 und zwei Madenschrauben 22
und 23 gehalten, die zusammen eine solche Halterung für das stimulierbare Medium
1 bilden, wie sie oben bereits erwähnt wurde, die aber nicht zur Justierung
vorgesehen ist und sich dafür auch nicht eignet. Die eigentlichen Justiereinrichtungen
bestehen bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus den Teilen 24,
25 und 33, den parallel zur optischen Achse verlaufenden Drehachsen 26 und 27, der
Zugfeder 28 und den Stellvorrichtungen 29 und 30 in Form von Stellschrauben, die
in je einem Gewinde in der Grundplatte 7 drehbar gehalten sind. Eine Verstellung
von 29 und 30 ermöglicht es, das stimulierbare Medium 1 an Ort dieser Justiereinrichtung
in zur optischen Achse senkrechter Richtung zu verschieben. Diese spezielle Ausführungsform
einer Justiervorrichtung hat, wie oben bereits hervorgehoben, den Vorteil, daß die
Stellschrauben in einem feststehenden Teilstück des Senders drehbar angeordnet sind,
so daß die bei der Verdrehung der Schrauben auf diese Schrauben wirkenden Kräfte
nicht auf das stimulierbare Medium 1 übertragen werden. Die Anordnung mit den erfindungsgemäßen
Justiereinrichtungen ist gegenüber den bekannten Anordnungen sehr vorteilhaft. Während,
wie oben bereits erwähnt, geringe Änderungen in der Ausrichtung der Spiegel große
Veränderungen im Schwingungsverhalten eines optischen Senders bewirken, ergeben
bei einer der Erfindung gemäßen Anordnung, z. B. bei der in den Figuren dargestellten
speziellen Ausführungsform, erst relativ große örtliche Verschiebungen des stimulierbaren
Mediums 1 eine merkliche Wirkung. Beispielsweise wird schon bei einer Bewegung
von 50 wm an einem 10 mm langen, am Spiegel angebrachten Hebelarm der ganze Schwingungsbereich
eines optischen Senders mit gasförmigem Medium überstrichen. Um den gleichen Schwingungsbereich
bei der erfindungsgemäßen, in -den Figuren dargestellten Anordnung zu überstreichen,
steht ein Einstellbereich von etwa 5 mm transversaler Bewegung des stimulierbaren
Mediums 1 zur Verfügung. Ein Unterschied von derartiger Größenordnung wirkt
sich nicht nur sehr vorteilhaft auf die Genauigkeit, sondern auch auf die Stabilität
der Justierung selbst aus.
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Die Justierung nach der Erfindung ermöglicht es, bereits vor Fertigung
des optischen Senders die Spiegel des optischen Resonators zueinander auszurichten
und mechanisch zu fixieren. Dies ist mithin vor dem Einbau des stimulierbaren Mediums
möglich.
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Abweichend von dem speziellen Ausführungsbeispiel der Figuren können
die Spiegel des optischen Resonators nach ihrer Einstellung erfindungsgemäß auch
durch Vergießen, z. B. mit entsprechenden Kunstharzen stabil eingebaut sein.
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Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt.