DE19935612A1 - Tunable laser has mirror in holder which is attached to mount by flexural pivots - Google Patents

Abstract

The laser has a resonator path delimited by two mirrors, the first being movable relative to the second mirror. The first mirror is in a holder (8) which is attached to a mount (10) by at least one flexural pivot (9). The mirror holder has at least one connecting piece (21) for attaching it to leaf springs (13,14). A frame part (17) is firmly fixed to the connecting piece, to receive the force to move the holder.

Description

Die Erfindung betrifft einen durchstimmbaren Laser, umfassend eine in einer Resonatorstrecke angeordnete Laserlichtquelle, wobei die Resonatorstrecke durch zwei Resonatorspiegel begrenzt sowie durch Bewegung des ersten Resonatorspiegels in ihrer Länge variabel ist und der erste Resonatorspiegel mit Abstand zur Laserlichtquelle von einer an einem relativ zum zweiten Re­ sonatorspiegel fixierten Gestell beweglich angebrachten Spiegelhalterung gehalten ist.The invention relates to a tunable laser, comprising one in a resonator section arranged laser light source, the resonator path being limited by two resonator mirrors and is variable in length by moving the first resonator mirror and the first Resonator mirror at a distance from the laser light source from one to one relative to the second Re sonator mirror fixed frame movably mounted mirror holder is held.

Insbesondere bei der Verwendung von Halbleiterlasern als Laserlichtquelle werden häufig soge­ nannte External-Cavity-Laser im Littmann- oder Littrow-Design verwendet. Dabei wird ein Teil des von der Laserlichtquelle emittierten Laserlichtes, beispielsweise in Form des ersten Beu­ gungsmaximums eines Beugungsgitters, dem beweglichen Resonatorspiegel zugeführt und ein Teil des reflektierten Laserlichts wieder über das Beugungsgitter zurück auf die Laserlichtquelle geleitet. Der zweite relativ zur Laserlichtquelle unbewegliche Resonatorspiegel bildet die zweite Begrenzung der Resonatorstrecke. Eine Veränderung der Position des beweglichen Spiegels be­ wirkt eine Veränderung der Länge der Resonatorstrecke und dadurch eine Änderung der Wel­ lenlänge des ausgekoppelten Strahls.Especially when using semiconductor lasers as a laser light source, so-called called external cavity laser in Littmann or Littrow design. It becomes part the laser light emitted by the laser light source, for example in the form of the first Beu supply maximum of a diffraction grating, fed to the movable resonator mirror and a Part of the reflected laser light back to the laser light source via the diffraction grating headed. The second resonator mirror, which is immovable relative to the laser light source, forms the second Limitation of the resonator path. A change in the position of the movable mirror be affects a change in the length of the resonator and thereby a change in Wel length of the coupled beam.

Es ist bekannt (Tunable Lasers Handbook; F. J. Duarte; Academic Press, San Diego 1995) die Spiegelhalterung für den beweglichen ersten Resonatorspiegel mittels einzelner Festkörper-Bie­ gegelenke, Wälz- oder Gleitlager beweglich zu gestalten.It is known (Tunable Lasers Handbook; F.J. Duarte; Academic Press, San Diego 1995) which Mirror holder for the movable first resonator mirror by means of individual solid-state bending design joints, rolling or plain bearings to be movable.

Bei einem einzelnen Festkörper-Biegegelenk kommt es in der Regel zu einer Verlagerung des Drehpunktes während der Bewegung der Spiegelhalterung. Ein bestimmter Punkt der Spiegel­ halterung bewegt sich somit nicht auf einer definierten Kreisbahn, was dazu führen kann, daß ein erhöhter Anteil des vom beweglichen Resonatorspiegel reflektierten Lichts nicht mehr die La­ serlichtquelle erreicht. Zudem kann die unvermeidliche Materialermüdung zu einer unkontrol­ lierten Veränderung der Biegegelenkeigenschaften führen.With a single solid-state bending joint, there is usually a displacement of the Pivot point during the movement of the mirror holder. A certain point the mirror bracket does not move on a defined circular path, which can lead to a increased proportion of the light reflected by the movable resonator mirror no longer affects the La light source reached. In addition, the inevitable material fatigue can lead to an uncontrolled leaded change in bending joint properties.

Bei Wälz- oder Gleitlagern kann es aufgrund des Lagerspiels und aufgrund des Übergangs von Haft- zu Roll- bzw. Gleitreibung zu ruckenden Bewegungen der Spiegelhalterung kommen. In the case of rolling or plain bearings, it can be due to the bearing play and due to the transition from Adhesive to rolling or sliding friction to jerky movements of the mirror holder.  

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laser der eingangs genannten Art bereit­ zustellen, bei dem die vorgenannten Nachteile hinsichtlich der Bewegung des beweglichen Re­ sonatorspiegels weitgehend vermieden werden.It is an object of the present invention to prepare a laser of the type mentioned in the introduction to deliver, in which the aforementioned disadvantages with regard to the movement of the movable Re sonator level are largely avoided.

Diese Aufgabe wird bei einem Laser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Spie­ gelhalterung mittels mindestens eines Kreuzfedergelenks an dem Gestell angebracht ist. Durch die Verwendung von Kreuzfedergelenken bei der Lagerung der Spiegelhalterung kann eine Ver­ schiebung des Drehpunktes der Resonatorspiegelbewegung minimiert werden. Zudem ermög­ licht das Fehlen von Haft-, Roll- und Gleitreibung im Bereich des Gelenkes eine ruckfreie Be­ wegung. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist dadurch gegeben, daß das Kreuzfedergelenk war­ tungsfrei ist.This object is achieved in a laser of the type mentioned in that the game gel holder is attached to the frame by means of at least one cross spring joint. By the use of cross spring joints in the storage of the mirror holder can a Ver shift of the pivot point of the resonator mirror movement can be minimized. It also enables If the lack of static, rolling and sliding friction in the area of the joint is a jerk-free loading movement. Another important advantage is that the cross spring joint was is free of maintenance.

Der erfindungsgemäße Laser kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß bei nicht ausgelenk­ ter Stellung für beide Blattfedern des mindestens einen Kreuzfedergelenks das Verhältnis L₁/L₂ des entlang der jeweiligen Blattfeder gemessenen Abstands L₁ zwischen dem Fixierungspunkt der jeweiligen Blattfeder an der Spiegelhalterung und dem Kreuzungspunkt der Blattfedern zum Abstand L₂ zwischen dem Kreuzungspunkt der Blattfedern und dem Fixierungspunkt der jewei­ ligen Blattfeder an dem Gestell etwa (3-√5)/(3+√5) beträgt. Bei dem genannten Verhältnis liegt der Drehpunkt der Spiegelhalterungsbewegung genau im Kreuzungspunkt der beiden Blattfedern des jeweiligen Kreuzfedergelenks.The laser according to the invention can advantageously also be designed such that, in the non-deflected position for both leaf springs of the at least one cross spring joint, the ratio L ₁ / L ₂ of the distance L ₁ measured along the respective leaf spring between the fixing point of the respective leaf spring on the mirror holder and the The point of intersection of the leaf springs to the distance L ₂ between the point of intersection of the leaf springs and the fixing point of the respective leaf spring on the frame is approximately (3-√5) / (3 + √5). With the above-mentioned ratio, the pivot point of the mirror mounting movement lies exactly in the crossing point of the two leaf springs of the respective cross spring joint.

Schließlich kann der erfindungsgemäße Laser vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß die Spie­ gelhalterung mindestens ein Verbindungsteil für die Befestigung der Spiegelhalterung an den Blattfedern, ein starr am mindestens einen Verbindungsteil fixiertes Rahmenteil, das zur Auf­ nahme einer die Spiegelhalterung bewegenden Kraft dient, und ein starr am mindestens einen Verbindungsteil fixiertes Aufnahmeteil zur Halterung des ersten Resonatorspiegels umfaßt, wo­ bei der Rahmenteil und der Aufnahmeteil nicht unmittelbar miteinander verbunden sind. Somit ist das den ersten Resonatorspiegel tragende Aufnahmeteil vom Rahmenteil entkoppelt. Die bei einer Kraftbeaufschlagung zu erwartende Verbiegung des Rahmenteils wird somit nicht auf den Aufnahmeteil übertragen, und der Spiegel erfährt hierdurch keine Dejustierung.Finally, the laser according to the invention can advantageously also be designed such that the spit gel holder at least one connecting part for attaching the mirror holder to the Leaf springs, a frame part rigidly fixed to the at least one connecting part, which opens takes a force moving the mirror bracket, and a rigid at least one Connection part fixed receiving part for holding the first resonator mirror includes where in the frame part and the receiving part are not directly connected to each other. Consequently the receiving part carrying the first resonator mirror is decoupled from the frame part. The at a bending of the frame part that is to be expected when the force is applied is therefore not due to the Transfer the receiving part, and the mirror does not experience any misalignment.

Im Folgenden wird eine vorteilhafte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen durchstimmbaren Lasers anhand von Figuren dargestellt. Below is an advantageous embodiment of the tunable according to the invention Lasers shown using figures.  

Es zeigt in einer PrinzipdarstellungIt shows a schematic diagram

Fig. 1 einen durchstimmbaren Laser im Querschnitt, Fig. 1 shows a tunable laser in cross-section,

Fig. 2 eine mit zwei Kreuzfedergelenken an einem Gestell angebrachte Spiegelhalterung und Fig. 2 a with two cross spring joints attached to a frame and mirror holder

Fig. 3 ein Kreuzfedergelenk in Seitenansicht. Fig. 3 shows a cross spring joint in side view.

Der in Fig. 1 dargestellte durchstimmbare Laser umfaßt eine Laserdiode 1 aus einem breitbandi­ gen aktiven Medium als Laserlichtquelle. Das Laserlicht 2 wird über eine Kollimatorlinse 3 als paralleles Bündel auf ein Beugungsgitter 4 gerichtet. Ein Teil des Laserlichts 2 wird als gebeug­ tes Licht erster Ordnung auf einen ersten Resonatorspiegel 5 geleitet. Ein Teil des vom Resona­ torspiegel 5 reflektierten Laserlichts 2 gelangt über das Beugungsgitter 4 wieder zurück in die Laserdiode, die rückwärtig mit einem zweiten Resonatorspiegel 6 versehen ist. Die Laufstrecke des Laserlichts 2 zwischen den beiden Resonatorspiegeln 5 und 6 definiert eine Resonator­ strecke, deren Länge ein Vielfaches der Wellenlänge der vom Laser ausgesandten Strahlung ist. Durch eine Variation der Länge der Resonatorstrecke kann eine Veränderung der Wellenlänge des den Laser verlassenden Laserstrahls 7 erreicht werden.The tunable laser shown in Fig. 1 comprises a laser diode 1 made of a broadband active medium as a laser light source. The laser light 2 is directed via a collimator lens 3 as a parallel bundle onto a diffraction grating 4 . Part of the laser light 2 is guided as first-order diffracted light onto a first resonator mirror 5 . Part of the laser light 2 reflected by the resonator 5 passes via the diffraction grating 4 back into the laser diode, which is provided at the rear with a second resonator mirror 6 . The path of the laser light 2 between the two resonator mirrors 5 and 6 defines a resonator path, the length of which is a multiple of the wavelength of the radiation emitted by the laser. A variation in the wavelength of the laser beam 7 leaving the laser can be achieved by varying the length of the resonator path.

Die Variation der Resonatorstreckenlänge wird über eine Bewegung des ersten Resonatorspie­ gels 5 erreicht. Hierfür wird der erste Resonatorspiegel 5 beweglich mittels einer Spiegelhalte­ rung 8 gehalten. Die Spiegelhalterung 8 ist mittels zweier Kreuzfedergelenke 9 an einem Gestell 10 angebracht, das gleichzeitig die Laserdiode 1 trägt. Die Spiegelhalterung wird mittels eines Kraftstempels 11 bewegt. Der Kreuzungspunkt 12 der beiden Blattfedern 13 und 14 der Kreuz­ federgelenke 9 stellt dann für die Bewegung der Spiegelhalterung 8 den Drehpunkt dar, wenn für die in Fig. 3 dargestellten Teillängen L₁ und L₂ der Blattfedern 13 bzw. 14 das Verhältnis L₁/L₂ = (3-√5)/(+√5) gilt, wobei L₁ den Abstand vom Kreuzungspunkt 12 der Blattfedern 13 und 14 zum Punkt der Fixierung 15 an der Spiegelhalterung 8 und L₂ den Abstand zwischen dem Kreu­ zungspunkt 12 und dem Punkt der Fixierung 16 der jeweiligen Blattfeder 13 bzw. 14 am Gestell 10 darstellt. Der somit hinreichend definierte konstante Drehpunkt gewährleistet eine definierte Bewegung des beweglichen Resonatorspiegels 5.The variation of the resonator path length is achieved by moving the first resonator mirror 5 . For this purpose, the first resonator mirror 5 is movable by means of a mirror holding tion 8 is held. The mirror holder 8 is attached by means of two cross spring joints 9 to a frame 10 which simultaneously supports the laser diode 1 . The mirror holder is moved by means of a power stamp 11 . The crossing point 12 of the two leaf springs 13 and 14 of the cross spring joints 9 then represents the pivot point for the movement of the mirror holder 8 if the ratio L ₁ / for the partial lengths L ₁ and L _{2 of} the leaf springs 13 and 14 shown in FIG. L ₂ = (3-√5) / (+ √5) applies, where L _{1 is} the distance from the crossing point 12 of the leaf springs 13 and 14 to the point of fixation 15 on the mirror holder 8 and L _{2 is} the distance between the crossing point 12 and represents the point of fixation 16 of the respective leaf spring 13 or 14 on the frame 10 . The constant pivot point thus adequately defined ensures a defined movement of the movable resonator mirror 5 .

Fig. 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der Spiegelhalterung 8 mitsamt seiner Befestigung mittels Kreuzfedergelenken 9 am Gestell 10. Die Spiegelhalterung 8 setzt sich zusammen aus zwei Verbindungsteilen 21, einem Rahmenteil 17 und einem Aufnahmeteil 18. Die beiden Blatt­ federn 13 und 14 jedes Kreuzfedergelenks 9 sind an dem zugehörigen Verbindungsteil 21 fixiert. Der Aufnahmeteil 18 ist wiederum starr mit den beiden Verbindungsteilen 21 verbunden. Der Rahmenteil 17 ist ebenfalls starr mit beiden Verbindungsteilen verbunden, weist aber keine un­ mittelbare Verbindung zum Aufnahmeteil 18 auf. Aufnahmeteil 18 und Rahmenteil 17 sind durch einen Spalt 19 voneinander getrennt. Hierdurch kann erreicht werden, daß sich das Auf­ nahmeteil 18 nicht biegt, wenn auf das den Blattfedergelenken 9 abgewandte Endstück 20 des Rahmenteils 17 mittels des hier nicht dargestellten Kraftstempels 11 eine der Bewegung der ge­ samten Spiegelhalterung 8 dienende Kraft aufgegeben wird. Das Aufnahmeteil 18 kann somit ohne Krümmung und damit der in Fig. 5 nicht dargestellte Resonatorspiegel ohne Verzerrung oder Dejustierung bleiben, wenn sich das Rahmenteil 17 dem Drehmoment folgend biegt. Dies trägt wesentlich zur Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Spiegelbewegung bei. FIG. 2 shows a more detailed representation of the mirror holder 8 together with its attachment to the frame 10 by means of cross spring joints 9 . The mirror holder 8 is composed of two connecting parts 21 , a frame part 17 and a receiving part 18 . The two leaf springs 13 and 14 of each cross spring joint 9 are fixed to the associated connecting part 21 . The receiving part 18 is in turn rigidly connected to the two connecting parts 21 . The frame part 17 is also rigidly connected to both connecting parts, but has no un indirect connection to the receiving part 18 . Receiving part 18 and frame part 17 are separated from one another by a gap 19 . This can be achieved that the receiving part 18 does not bend when on the leaf spring joints 9 facing end piece 20 of the frame part 17 by means of the plunger 11, not shown here, a movement of the entire mirror holder 8 serving force is given up. The receiving part 18 can thus remain without curvature and thus the resonator mirror (not shown in FIG. 5) without distortion or misalignment if the frame part 17 bends following the torque. This contributes significantly to the accuracy and reproducibility of the mirror movement.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11

Laserdiode
Laser diode

22nd

Laserlicht
Laser light

33rd

Kollimatorlinse
Collimator lens

44th

Beugungsgitter
Diffraction grating

55

erster Resonatorspiegel
first resonator mirror

66

zweiter Resonatorspiegel
second resonator mirror

77

Laserstrahl
laser beam

88th

Spiegelhalterung
Mirror mount

99

Kreuzfedergelenk
Cross spring joint

1010th

Gestell
frame

1111

Kraftstempel
Kraftstempel

1212

Kreuzungspunkt
Crossing point

1313

Blattfeder
Leaf spring

1414

Blattfeder
Leaf spring

1515

Fixierungspunkt
Fixation point

1616

Fixierungspunkt
Fixation point

1717th

Rahmenteil
Frame part

1818th

Aufnahmeteil
Recording part

1919th

Spalt
gap

2020th

Endstück
Tail

2121st

Verbindungsteil
Connecting part

Claims (3)

1. Durchstimmbarer Laser, umfassend
eine in einer Resonatorstrecke angeordnete Laserlichtquelle (1), wobei

• a) die Resonatorstrecke durch zwei Resonatorspiegel (5, 6) begrenzt sowie durch Bewegung des ersten Resonatorspiegels (5) in ihrer Länge variabel ist und
• b) der erste Resonatorspiegel (5) mit Abstand zur Laserlichtquelle (1) von einer an einem relativ zum zweiten Resonatorspiegel (6) fixierten Gestell (10) beweglich angebrachten Spiegelhal­ terung (8) gehalten ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Spiegelhalterung (8) mittels mindestens eines Kreuzfedergelenks (9) an dem Gestell (10) angebracht ist.

1. Tunable laser, comprehensive
a laser light source ( 1 ) arranged in a resonator path, wherein

• a) the resonator section is limited by two resonator mirrors ( 5 , 6 ) and the length of the first resonator mirror ( 5 ) is variable and
• b) a distance from the laser light source (1) by a movably mounted on a fixed relative to the second resonator mirror (6) frame (10) Spiegelhal esterification) of the first resonator (5 is (held 8)

characterized in that

• a) the mirror holder ( 8 ) is attached to the frame ( 10 ) by means of at least one cross spring joint ( 9 ).

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht ausgelenkter Stel­ lung der Spiegelhalterung (8) für beide Blattfedern (13, 14) des mindestens einen Kreuzfederge­ lenks (9) das Verhältnis L₁/L₂ des entlang der jeweiligen Blattfeder (13 bzw. 14) gemessenen Abstands L₁ zwischen dem Fixierungspunkt (15) der jeweiligen Blattfeder (13, 14) an der Spie­ gelhalterung (8) und dem Kreuzungspunkt (12) der Blattfedern (13, 14) zum Abstand L₂ zwi­ schen dem Kreuzungspunkt (12) der Blattfedern (13, 14) und dem Fixierungspunkt (16) der je­ weiligen Blattfeder (13, 14) an dem Gestell (10) etwa (3-√5)/(3+√5) beträgt. 2. Laser according to claim 1, characterized in that when the position of the mirror holder ( 8 ) for both leaf springs ( 13 , 14 ) of the at least one Kreuzfederge joint ( 9 ) is not deflected, the ratio L ₁ / L _{2 of} the along the respective leaf spring ( 13 or 14 ) measured distance L ₁ between the fixing point ( 15 ) of the respective leaf spring ( 13 , 14 ) on the mirror holder ( 8 ) and the crossing point ( 12 ) of the leaf springs ( 13 , 14 ) to the distance L ₂ between the Crossing point ( 12 ) of the leaf springs ( 13 , 14 ) and the fixing point ( 16 ) of the respective leaf spring ( 13 , 14 ) on the frame ( 10 ) is approximately (3-√5) / (3 + √5). 3. Laser nach der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelhalte­ rung (8)

• a) mindestens ein Verbindungsteil (21) für die Befestigung der Spiegelhalterung (8) an den Blattfedern (13, 14),
• b) ein starr am mindestens einen Verbindungsteil (21) fixiertes Rahmenteil (17), das zur Auf­ nahme einer die Spiegelhalterung (8) bewegenden Kraft dient, und
• c) ein starr am mindestens einen Verbindungsteil (21) fixiertes Aufnahmeteil (18) zur Halte­ rung des ersten Resonatorspiegels (5) umfaßt, wobei
• d) der Rahmenteil (17) und der Aufnahmeteil (18) nicht unmittelbar miteinander verbunden sind.

3. Laser according to claim 1 or 2, characterized in that the mirror holder tion ( 8 )

• a) at least one connecting part ( 21 ) for fastening the mirror holder ( 8 ) to the leaf springs ( 13 , 14 ),
• b) a rigidly fixed to the at least one connecting part ( 21 ) frame part ( 17 ), which serves to take up a force moving the mirror holder ( 8 ), and
• c) a rigidly fixed to the at least one connecting part ( 21 ) receiving part ( 18 ) for holding tion of the first resonator mirror ( 5 ), wherein
• d) the frame part ( 17 ) and the receiving part ( 18 ) are not directly connected to one another.