DE1292767B

DE1292767B - Adjustment device for optical transmitters or amplifiers

Info

Publication number: DE1292767B
Application number: DE1964S0093422
Authority: DE
Inventors: Herrmann Alfred; Mueller; Dr Rudolf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-09-29
Filing date: 1964-09-29
Publication date: 1969-04-17

Description

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.The invention relates to an adjusting device for optical transmitters or amplifiers (lasers) with a stimulable medium, which with optionally also adjustable brackets, preferably to compensate for dimensional tolerances, is attached and with an optical resonator, in which the mirror of the resonator are optionally adjustable independently of the stimulable medium, as well as with a frame on which the stimulable medium and the mirror are arranged together are.

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.Optical transmitters or amplifiers are common, in the following only referred to as an »optical transmitter«, with adjustment devices for the mirrors. It it has been shown that the adjustment in an optical transmitter is available for selection suitable natural vibrations of the generated radiation can be used.

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.The known optical transmitters are constructed so that the mirror their optical resonator are adjusted so that its optical axis is in suitable Position of the permanently mounted, stimulable, intended for radiation amplification Medium, e.g. B. a ruby crystal or a tubular vessel filled with a stimulable gas or liquid.

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.In the known arrangements it is not excluded that these also contain holding devices with which the stimulable medium can be used in different positions. These devices serve as z. B. in the embodiment of FIG. 1, in particular to compensate for different Dimensions of the medium or the pipe. -But they are not for fine adjustment provided and are -for this, since they are z. B: as in the case of the »British Communication and Electronics ”, Volume 11, No. 3, March 1964, only adjustable in height are, also practically useless.

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.With the arrangements that have become known so far, it is always very difficult to achieve a good adjustment in the optical transmitter. The reason is that already minor changes in the alignment of one of the mirrors because of the length the optical paths cause considerable deviations in the course of the radiation; therefore As is well known, adjustment devices with a high level are always used for the mirrors translation of the drive used. There are always difficulties to keep the just selected adjustment stable, e.g. B, if vibrations occur or temperature changes in the arrangement.

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.It is an object of the invention to provide an optical transmitter or amplifier specify with-optical resonator, which is opposite to corresponding known Allows arrangements to be adjusted more easily and safely. Transmitter or. To create an amplifier with an optical resonator, without adjusting it Change in the optical axis given by the mirrors of the optical resonator is feasible so that the radiation emitted by it in its orientation, based on other institutions cooperating with this arrangement through which Adjustment is not changed in a disruptive way.

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.These objects are achieved in that one or more adjusting device (s) are provided whose fine drive allows the location of the stimulable medium compared to that fixed by the mirrors of the optical resonator in the frame optical axis at the location of the adjustment device in any direction transverse to this To move the axis and thereby adjust with respect to this axis, including adjusting devices are provided, each between the frame and the stimulable medium are arranged and effective.

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.In the arrangement according to the invention, the stimulable medium is thus used adjusted between the mirrors that are already firmly set on each other until the Large number of possible natural oscillations of amplified radiation from this arrangement the desired oscillation has been found.

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.Further, more detailed tasks are carried out through special, further developed embodiments of the arrangement according to the invention solved. For example is said to be in an optical transmitter or amplifier with a very elongated stimulable Medium, e.g. B. in a gaseous medium, the adjusting device according to the invention so be designed so that the optical transmitter against vibrations and / or temperature influences is particularly insensitive. For this it is recommended to use the adjustment devices according to an advantageous embodiment on the two facing the mirrors To allow ends of the stimulable medium to attack.

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.A particularly advantageous embodiment of the adjusting device according to the invention is characterized in that the actuating devices of the adjusting devices each on the fixed section of the transmitter, such as the frame; attached are. This is how z. B. also explained in more detail by the figures, achieved, that when an actuating device is actuated undesirably but inevitably undefined forces exerted on this adjusting device are not affected by the the adjusting device intentionally exerted, precisely measured standing force superimpose and / or interfere with the adjustment of the adjusting device of the other coordinate. In a further advantageous embodiment, the optical transmitter is like this constructed that in addition to the adjustment devices on the medium regardless of it at least one of the mirrors for changing the optical path length of the resonator is gradually or continuously adjustable in mutually parallel positions. These Adjustability is among other things. for frequency tuning of the optical resonator used. With this embodiment, for. B. solved the problem without interference the actual adjustment of the stimulable medium is the frequency-related coordination of the optical resonator. This is possible because the adjustment device of the level of the adjustment devices according to the invention of the stimulable Medium: is separated.

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.Since here the position of the mirror remains unchanged during the adjustment process can remain, the direction of the radiation emitted by the amplifier remains constant: This makes it unnecessary to have additional ones that interact with the optical transmitter Readjust the facilities into which the radiation is to enter.

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.The method described in the invention has very special advantages for adjusting an optical transmitter or amplifier when the inventive Arrangement is provided with spherical mirrors. As is well known, spherical mirrors are used at optical transmitters or amplifiers expediently arranged so that they are in almost confocal arrangement to each other. Which is in such an optical resonator Forming beam paths form their natural oscillations with their location-dependent cross-section a kind of tube around a common optical axis of the two mirrors. The two Mirrors in this particular embodiment of an optical resonator are relative easy to adjust to each other. According to the invention, the stimulable medium is so adjusted to the mirrors that the desired natural oscillation of the stimulated radiation is achieved. This adjustment procedure is much easier than before usual, in which both mirrors are aligned to the fixed medium.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor.Further details of the invention can be found in the figures and the description of a particularly preferred embodiment.

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.In Fig. 1 is the means of radiation amplification, the stimulable one Medium 1, e.g. B. a rod-shaped ruby crystal or one with a stimulable Gas-filled tube, which is closed at the ends with radiation-permeable plates is, within the spherical mirrors 2 and delimiting the optical resonator 3 arranged, between which, as indicated by the double arrow 4, after the Principle of stimulated emission amplified radiation runs. With 5 he is through the partially transparent mirror 3 passing through portion of the stimulated radiation designated. The parts 6, 7, 8 and 9 together form a frame in which the stimulable Medium 1 as well as mirrors 2 and 3 are held. The mirror 2 is in part 9 held in a plane-parallel displaceable manner with a screw 10. By the invention Adjustment devices 11 to be provided that act on the stimulable medium 1 and 12, which on the other hand are attached to 7, becomes the stimulable medium 1 in FIG the optical transmitter can be adjusted in any direction transverse to the axis of the resonator held.

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.F i g. FIG. 2 is an enlarged side view of section II-II through the parts shown in FIG. 1 shown arrangement. In the annular recess of the receptacle 21, the stimulable medium 1 is held by a clamp 32 and two grub screws 22 and 23, which together form such a holder for the stimulable medium 1 , as already mentioned above, but which is not intended for adjustment and is not suitable for it either. The actual adjusting devices in this preferred embodiment of the invention consist of parts 24, 25 and 33, the axes of rotation 26 and 27 running parallel to the optical axis, the tension spring 28 and the adjusting devices 29 and 30 in the form of adjusting screws, each of which has a thread in the base plate 7 are rotatably held. An adjustment of 29 and 30 makes it possible to move the stimulable medium 1 at the location of this adjustment device in a direction perpendicular to the optical axis. As already emphasized above, this special embodiment of an adjusting device has the advantage that the adjusting screws are rotatably arranged in a stationary section of the transmitter so that the forces acting on these screws when the screws are rotated are not transmitted to the stimulable medium 1. The arrangement with the adjusting devices according to the invention is very advantageous compared to the known arrangements. While, as already mentioned above, small changes in the alignment of the mirror cause large changes in the vibration behavior of an optical transmitter, result in an arrangement according to the invention, for. B. in the special embodiment shown in the figures, only relatively large local displacements of the stimulable medium 1 have a noticeable effect. For example, even with a movement of 50 wm on a 10 mm long lever arm attached to the mirror, the entire vibration range of an optical transmitter is swept over with gaseous medium. In order to cover the same oscillation range in the arrangement according to the invention shown in the figures, an adjustment range of approximately 5 mm of transverse movement of the stimulable medium 1 is available. A difference of this magnitude has a very advantageous effect not only on the accuracy, but also on the stability of the adjustment itself.

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.The adjustment according to the invention makes it possible even before production of the optical transmitter to align the mirrors of the optical resonator to one another and to be fixed mechanically. This is therefore prior to the incorporation of the stimulable medium possible.

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.Notwithstanding the specific embodiment of the figures, the mirrors of the optical resonator after their adjustment according to the invention as well by potting, e.g. B. be stably installed with appropriate synthetic resins.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.The invention is not based on the embodiment shown in the figures limited.

Claims

Claims: 1. Adjustment device for optical transmitters or amplifiers (laser) with a stimulable medium, which is attached with optionally adjustable brackets, preferably to compensate for dimensional tolerances, and with an optical resonator in which the mirror of the resonator is independent of the stimulable medium are optionally adjustable, and with a frame on which the stimulable medium and the mirror are arranged together, characterized in that one or more adjusting device (s) (11, 12) are provided, the fine drive of which allows the position of the stimulable medium opposite to move the optical axis (4) defined by the mirror (2, 3) of the optical resonator with respect to the frame (7) at the location of the adjustment device in any direction transverse to this axis and thereby adjust it with respect to this axis, including Adjusting devices (29, 30) are provided, each between the frame and the stim ulatable medium are arranged and effective.

2. Adjustment device according to claim 1, characterized in that the stimulable medium is a ruby crystal is.

3. Adjusting device according to claim 1 or 2, characterized, that one adjusting device (11, 12) at the two ends of the stimulable medium attacks.

4. Adjusting device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the mirrors (2, 3) delimiting the optical resonator are concave mirrors, which are arranged in an almost confocal arrangement to one another.

5. Adjustment device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the Mirror (2, 3) is adjustable in mutually parallel positions.

6. Adjustment device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Screws the adjusting devices (29, 30) of the adjusting devices (11,12) by means of Thread in the frame (7) are held.

7. Adjusting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting device is seated in each case on a base plate (7), in a plane perpendicular to the optical axis, two mutually perpendicular independent micrometer adjusting screws (29, 30), which of act at the bottom on approximately horizontally extending double levers (33, 24), which in turn can be rotated about axes (26, 27) aligned parallel to the optical axis, the stimulable medium (1) being fixedly mounted in its receptacle (21) with the one double lever ( 33) is firmly connected.