DE2505774B2

DE2505774B2 - Justiervorrichtung für eine Laseranordnung aus einem Leistungslaser und einem Justierlaser

Info

Publication number: DE2505774B2
Application number: DE2505774A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Phys. Dr. Remy; Eberhard Dipl.-Phys. Dr. Unsoeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-12
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2505774C3; DE2505774A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung für eine Laseranordnung aus einem Leistungslaser und einem im sichtbaren Bereich strahlenden Justierlaser, deren Strahlen einander kollinear überlagert sind, mit einem im Weg mindestens eines dieser Strahlen angeordneten Strahlablenker, der mindestens zwei ebene Spiegelflächen aufweist, die miteinander einen Winkel von 45° einschließen, dessen Winkelhalbierende von dem Strahl unter 45° derart geschnitten wird, daß dieser insgesamt um 90° umgelenkt wird, insbesondere für ein Laserbeschußmikroskop.
Beim Arbeiten mit einem Leistungsiaser, dessen Strahlung in der Regel im unsichtbaren Bereich liegt und/oder gepulst ist, ist es erwünscht, den Strahlenverlauf dieses Leistungslasers durch einen kollinear überlagerten sichtbaren Strahl eines Justier- oder Hilfslasers zu markieren und für Justierzwecke sichtbar zu machen, und ferner diese einander kollinear überlagerten Strahlen zu manipulieren, d. h. winkel- und lagemäßig verändern zu können, ohne die Laser selbst bewegen zu müssen. Besonders hohe Anforderungen an die Genauigkeit dieser Markierung und Manipulation werden dann gestellt, wenn der Leistungslaser in ein Mikroskop eingekoppelt werden soll, insbesondere zur Anwendung auf dem mikrobiologischen Gebiet zur gezielten Zerstörung bzw. Beeinflussung von Zellen und anderem biologischem Probenmaterial.

Aus «Applied Optics«, 1970, Seite 1210, ist eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Strahlablenker ein Pentaprisma ist, welches dazu verwendet wird, um zu kontrollieren, ob der Strahlengang des Hilfslasers kollinear zum Strahlengang des Leistungslasers verläuft. Jedoch ist weder die Herstellung der Kollinearität noch die Manipulation, d.h. Lageveränderung der kollinear überlagerten Strahlen durch Bewegen des Pentaprismas möglich, sondern erfordert entsprechende Einstellungen der Laser selbst. Auch ist die bekannte Anordnung nicht dafür geeignet, den Hilfslaserstrahl dem Leistungslaserstrahl ständig, d. h. auch während des Betriebes des Leistungslasers zu überlagern, vielmehr wird zuerst mittels des Pentaprismas der spätere Strahlenverlauf des Leistungslasers durch den Hilfslaserstrahl markiert, die Freigabe dieses Strahlengangs für den Leistungslaser erfordert aber das Entfernen des Pentaprismas und damit auch das Auskoppeln des Hilfslaserstrahls.
Aus der DE-OS 16 14 336 sind verschiedene Spiegel- und Prismenanordnungen bekannt, mit denen ein Hilfslaserstrahl einem Leistungslaserstrahl kollinaer überlagert wird. Es ist aber auch bei diesen bekannten Anordnungen nicht möglich, ohne Bewegen der Laser selbst lediglich durch Verstellen der Spiegel oder Prismen die Kollinearität herzustellen und/oder die kollinear überlagerten Strahlen gemeinsam zu manipulieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Justiervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine lage- und winkelmäßige Manipulation und Justierung der Laserstrahlen unter Einhaltung ihrer gleichzeitigen kollinearen Überlagerung mit hoher Genauigkeit möglich ist und die sich besonders für die Ankopplung und Einjustierung der Laserstrahlen in ein

Laserbeschußmikroskop eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spiegelflächen durch einzelne ebene Spiegel dargestellt werden, die gemeinsam um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen drehbar sind, die sich annähernd in der Ebene des im Strahlenverlauf ersten Spiegels schneiden und von denen die eine Achse parallel zur Winkelhalbierenden der Ebenen dieser beiden Spiegel und die andere Achse in der Ebene des

ersten Spiegels verläuft, und daß davon unabhängig der im Strahlenverlauf zweite Spiegel um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen drehbar ist, die beide in der Ebene dieses zweiten Spiegels verlaufen.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß durch die angegebenen, voneinander unabhängigen Bewegungen der beiden Spiegel bzw. des zweiten Spiegels voneinander unabhängige winkel- und lagemäßige Versetzungen in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtupgen durchgeführt und dadurch die Laserstrahlen mit sehr großer Genauigkeit in jede beliebige, für die jeweilige Verwendung bzw. Justierung erforderliche räumliche Lage gebracht werden können. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Anordnung gleichzeitig eine 90°-Umlenkung des Laserstrahls bewirkt, was für viele Ankopplungszwecke zom Erzielen einer kompakten Anordnung vorteilhaft ist

Bei einer Weiterbildung der Erfindung trägt von den an der Strahlablenkung und/oder -umlenkung beteiligten Spiegeln mindestens ein Teil ehe für die Wellenlänge des Leistungslasers und zusätzlich eine für die Wellenlänge des Justierlasers selektiv reflektierende Reflexionsschicht Dadurch läßt sich vor allem eine übermäßige Erwärmung des Spiegelmateriais durch absorbierte Laserstrahlung verhindern. Ferner bleiben die Spiegel transparent für weißes Licht, so daß eine Auflichtbeleuchtung in den Strahlengang eingeblendet werden kann. Von den beiden Reflexionsschichten kann die eine auf der einen und die andere auf der anderen Seite eines Spiegels angeordnet sein, es ist aber auch mit modernen Bedampfungstechniken möglich, beide Schichten auf der gleichen Oberfläche anzubringen.

Die 90°-Umlenkung der Strahlen gestattet es in einfacher Weise, zusätzliche Ein- und/oder Ausblendungen vorzunehmen. Insbesondere kann der erste Spiegel für den Strahl des Leistungslasers geringfügig durchlässig sein und in Verlängerung des auf ihn treffenden Strahles ein Strahlennachweisgerät zur Energie- oder Leistungsmessung angeordnet sein. Der zweite Spiegel kann für außerhalb der Wellenlänge des Leistungslasers liegendes Licht durchlässig sein, und in Verlängerung des von ihm reflektierten Strahles kann eine Auflichtbeleuchtungsquelle für das Mikroskop angeordnet sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist auch ein einfaches Mittel vorgesehen, um die laufende konstante Überlagerung des Justierlaserstrahles mit dem Leistungslaserstrahl herzustellen und zu kontrollieren. Sie besteht darin, daß der Leistungslaser ein UV-Laser mit für UV-Licht selektiv reflektierenden Resonanzspiegeln ist, und daß dieser längs seiner optischen Achse vom Justierlaser durchstrahlt wird. Verläuft bei dieser Anordnung der Justierlaserstrahl nicht exakt kollinear mit der optischen Achse des Leistungslasers, so erzeugt die, wenn auch geringfügige Restreflexion des Justierlaserstrahls an den Resonatorspiegeln des Leistungslasers Nebenreflexe, die leicht beobachtbar sind und deren Verschwinden als Kriterium für die exakte Überlagerung der beiden Laserstrahlen verwendet werden kann.

Eine Ausführungsforrn der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Draufsicht auf diese Ausführungsform.

Das Gesamtgerät besteht im wesentlichen aus zwei Gehäusen, dem langgestreckten Lasergehäuse 1, in dem die Laser und die optischen Einrichtungen zur Strahlablenkung untergebracht sind, und dem damit fest verbundenen, hier nur schematisch als Rechteck angedeuteten Mikroskopgehäuse 2. Letzteres ist nur der deutlicheren Darstellung halber in einer um 90° gedrehten Anordnung gezeigt, in Wirklichkeit verläuft die optische Achse der Mikroskopanordnung senkrecht

s zur Zeichenebene nach hinten.

In dem Lasergehäuse 1 befinden sich parallel nebeneinander ein Justierlaser 3 und ein Leistungslaser 7. Der Justierlaser 3 ist insbesondere ein He-Ne-Laser, der im roten, d.h. sichtbaren Wellenlängenbereich

to strahlt Durch Umlenkspiegel 4,5, von denen einer oder beide beweglich sein können, wird ein Strahl 6 so umgelenkt daß er die Resonatorspiegel 8 und das lasernde Medium 9 des Leistungslasers durchläuft, der vorzugsweise ein Stickstoff-Laser ist und im UV strahlt.

is Durch Manipulieren an den Umlenkspiegeln 4, 5 bzw. Positionieren des Leistungslasers 7 oder Justierlasers 3 kann der Justierlaserstrahl 6 exakt mit dem Strahl des Leistungslasers 7 überlagen werden, so daß aus dem Leistungslaserstrahl ein überlagerter Strahl 10 austritt.

Der Strahl 10 trifft auf einen ersten ebenen Spiegel 11, der in solchem Winkel (von ca. 67,5°) zum Strahl 10 steht, daß er diesen um 45° zu einem zweiten ebenen Spiegel 12 reflektiert, der den Strahl wiederum unter 45° zurückwirft so daß der zweite umgelenkte Strahl 10' unter einem Winkel von 90° zur ursprünglichen Richtung in das Mikroskopgehäuse 2 eintreten kann. Hier wird der Strahl durch einen weiteren Umlenkspiegel 14 um 90° umgelenkt so daß er in der optischen Achse des Mikroskops verläuft, die man sich, wie erwähnt, nicht in der Zeichenebene, wie dargestellt, sondern senkrecht zur Zeichenebene verlaufend denken muß. Der Strahl wird dann durch die Objektivoptik, von der hier stellvertretend nur zwei Blenden 15 angedeutet sind, auf ein Objekt fokussiert.

Um den umgelenkten Strahl 10' exakt nach Lage und Richtung so zu justieren, daß er nach der Umlenkung mit der optischen Achse des Mikroskops zusammenfällt, kann er mit den Spiegeln 11 und 12, die beweglich sind, bezüglich beider Raumachsen nach Lage und Richtung verändert werden. Man erkennt aus der Zeichnung, daß die Ebenen der Spiegel 11 und 12 auf der Zeichenebene etwa senkrecht stehen und miteinander einen Winkel λ einschließen, der 45° beträgt und dessen Winkelhalbierende 13 zur Richtung des ankommenden Strahles 10 ebenfalls unter einem Winkel α von etwa 45° steht. Die beiden Spiegel 11 und 12 sind auf einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Halter montiert, der um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbar ist, nämlich um eine erste Achse a, die parallel zur

so Winkelhalbierenden 13 verläuft, und um eine zweite Achse b, die senkrecht zur Achse a und zur Zeichenebene steht. Durch dieses gemeinsame Schwenken beider Spiegel 11 und 12 kann der umgelenkte Strahl 10' annähernd parallel zu sich selbst verschoben werden. Zusätzlich ist der Spiegel 12 relativ zu dem Halter ebenfalls um zwei Achsen schwenkbar, von denen die eine Achse c z. B. in der Zeichenebene unter 45° zur Ebene des Spiegels 11 verläuft und die andere Achse d parallel zur Achse b liegt Hierdurch kann der umgelenkte Strahl 10' nach beiden Raumrichtungen verkippt werden. Die Schnittpunkte der Achsen a und b sowie c und d liegen vorzugsweise in derjenigen Oberfläche des zugehörigen Spiegels 11 bzw. 12, an der die Reflexion erfolgt Man kann den Spiegeln für die

beiden Komponenten des überlagerten Strahles 10, d. h. für die Wellenlänge des Leistungslasers und die des Justierlasers, selektiv reflektierende Oberflächenbeschichtungen geben. Diese sitzen vorzugsweise auf

derselben, dem ankommenden Strahl zugewendeten Oberfläche der Spiegel. Es ist aber auch möglich, den einen Belag auf der Vorderseite und den anderen auf der Rückseite der Spiegel anzubringen. Dadurch würde sich z. B. eine Versetzung des an der Rückseite des Spiegels 11 reflektierten Justierlaserstrahles 6' gegenüber dem an der Vorderseite reflektierten Strahlanteil ergeben, wobei diese Versetzung aber nach der erneuten Reflexion am Spiegel 12 wieder verschwindet

Um feststellen zu können, wann durch Verschwenken der Spiegel 11 und 12 die zur optischen Achse des Mikroskops exakt kollineare Lage der Laserstrahlen erreicht ist, kann man entweder am Ort der mit dem Mikroskop zu beobachtenden Probe oder anstelle der Objektivoptik einen Spiegel 16 anbringen. Bei exakt senkrechtem Auftreffen des Laserstrahles läuft dieser in sich selbst zurück, was^an jeder beliebigen Stelle des Strahlenganges, z. B. auf einer zwischen Leistungslaser 7 und Strahlablenker 11, 12 angeordneten Blende 18 oder unter Verwendung geeigneter optischer Mittel z. B. Strahlteiler, an jeder beliebigen Stelle beobachte werden kann.

Der Spiegel 11 kann so ausgebildet sein, daß er einer geringen Teil des ankommenden Leistungslaserstrahl! 10 durchläßt, der dann mit einem Energiemonitor 22 ständig überwacht werden kann. Dieser befindet sich ir einem mit dem Gehäuse 1 fest verbundenen Gehäuse-

to Fortsatz 21.

Der Spiegel 12 ist bei selektiver Verspiegelung für Licht anderer Wellenlänge als die des Leistungslasers und des Justierlasers durchlässig, so daß von einer Lichtquelle 23 ausgehendes Licht nach Durchtritt durch eine Zwischenoptik 24, z. B. Köhlersche Beleuchtungsoptik, den umgelenkten Laserstrahl 10' überlagert und zur Auflichtbeleuchtung des Gesichtsfeldes im Mikroskop verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Justiervorrichtung für eine Laseranordnung aus einem Leistungslaser und einem im sichtbaren Bereich strahlenden Justierlaser, deren Strahlen einander kollinear überlagert sind, mit einem im Weg mindestens eines dieser Strahlen angeordneten Strahlablenker, der mindestens zwei ebene Spiegelflächen aufweist, die miteinander einen Winkel von 45° einschließen, dessen Winkelhalbierende von dem Strahl unter 45° derart geschnitten wird, daß dieser insgesamt um 90° umgelenkt wird, insbesondere für ein Laserbeschußmikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen durch einzelne ebene Spiegel (11, 12) dargestellt werden, die gemeinsam um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen (a, b) drehbar sind, die sich annähernd in der Ebene des im Strahlenverlauf ersten Spiegels (11) schneiden und von denen die eine Achse (a) parallel zur Winkelhalbierenden (13) der Ebenen dieser beiden Spiegel (11, 12) und die andere Achse (b) in der Ebene des ersten Spiegels (11) verläuft, und daß davon unabhängig der im Strahlenverlauf zweite Spiegel (12) um zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen (c, d) drehbar ist, die beide in der Ebene dieses zweiten Spiegels (12) verlaufen.

2. Justiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den an der Strahlenablenkung und/oder Strahlenumlenkung beteiligten Spiegeln (11, 12) mindestens ein Teil eine für die Wellenlänge des Leistungslasers (9) und zusätzlich eine für die Wellenlänge des Justierlasers (3) selektiv reflektierende Reflexionsschicht trägt.

3. Justiervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (11) für den Strahl des Leistungslasers (9) geringfügig durchlässig ist und daß in Verlängerung des auf ihn treffenden Strahles (10) ein Strahlennachweisgerät (22) angeordnet ist

4. Justiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (12) für außerhalb der Wellenlänge des Leistungslasers (9) liegendes Licht durchlässig ist und daß in Verlängerung des von ihm reflektierten Strahles (10') eine Auflichtbeleuchtungsquelle für das Mikroskop angeordnet ist

5. Justiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort des Mikroskopobjektivs (15) ein auswechselbarer, zur Mikroskopachse senkrecht stehender Spiegel (16) mit einer bezüglich der Mikroskopachse zentrierten, das Licht beugenden Figur (17), und im Weg des vom Spiegel reflektierten Lichtes eine Blende (18) zur Beobachtung der Beugungsfigur angeordnet ist.

6. Justiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungslaser (9) ein UV-Laser mit für Ultraviolett selektiv reflektierenden Resonatorspiegeln (8) ist und längs seiner optischen Achse (10) vom Justierlaser (3) durchstrahlt ist