DE69500382T2 - Verfahren und Vorrichtung um einen Spiegel gegenüber einem Laserresonator zu justieren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Justieren eines Spiegels auf einen Laserresonator derart, daß das auf den Spiegel auftreffende Licht in sich selbst reflektiert wird.
• zum Vorjustieren eines Laserresonators ist es erforderlich, die Spiegel zu justieren. Die Spiegel müssen auf einen Laserstrahl ausgerichtet sein, der auf die Oberfläche des Spiegels trifft, derart, daß das Licht in sich selbst oder, in anderen Worten, in seiner Längsachse reflektiert wird. Dieser wichtige Justierschritt muß mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Auf der anderen Seite muß dieser Schritt bei der Herstellung eines Laserresonators so schnell wie möglich durchgeführt werden.
• JP-A-212 99 78 offenbart einen Laseroszillator, in dem die Ausrichtung von zwei Spiegeln durch die Verwendung einer zusätzlichen Platte durchgeführt wird, die in den optischen Pfad eingefügt ist. Die Platte wird außerdem für die Strahlen eines Hilfslasers verwendet, und der spezifische Interferenzzustand nach wiederholter Reflektion innerhalb der Resonatorspiegel wird mit einer Detektionseinrichtung erkannt. Dies ermöglicht on-line Echtzeitsteuerung.
• JP-A-4044375 offenbart eine Ausrichteinrichtung für einen Laseroszillator, in der zwei sichtbare Strahlen in Form von Interferenzumrandungen projiziert werden. Bei Versatz erhöht die Interferenzumrandung die Anzahl der Umrandungen. In dieser Schrift werden ein total reflektierender Seitenspiegel und ein Ausgangsseitenspiegel derart justiert, daß sie gut aufeinander ausgerichtet sind. Wenn die Ausrichtung beendet ist, reduziert die Interferenzumrandung die Anzahl der Umrandungen. Genauer, wenn die Interferenzumrandung sich erhöht, so sollte der reflektierende Seitenspiegel so mit dem Ausgangsseitenspiegel ausgerichtet werden, so daß die Anzahl der Umrandungen sich verringern. Dies erlaubt die Durchführung einer exakten Ausrichtung.
• JP-A-5908691 offenbart eine optische Einrichtung zum Justieren eines Lasers, in dem sich ein halbdurchlässiger Spiegel zwischen einer sichtbaren Lichtquelle und einem Laserresonatorsystem befindet, der einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die Lichtquelle bildet. Ein Teil eines ersten Lichtstrahls von der Lichtquelle wird durch den Spiegel reflektiert und wird zu einem zweiten Lichtstrahl, der auf einen ersten Bildschirm gegeben wird. Der verbleibende Teil des ersten Lichtstrahls wird durch den halbdurchlässigen Spiegel auf das Resonatorsystem gegeben, durch den totalreflektierenden Spiegel reflektiert und von dem Resonatorsystem als ein dritter Lichtstrahl ausgegeben. Ein Teil dieses Lichtstrahls wird durch den halbdurchlässigen Spiegel reflektiert und wird zu einem vierten Lichtstrahl, der auf einen zweiten Bildschirm gegeben wird. Auf diese Art und Weise können der zweite und der vierte Lichtstrahl in die Bildschirme getrennt werden. Dann wird die Lichtquelle so justiert, daß ein Fleck des zweiten Lichtstrahls auf dem ersten Bildschirm derart erzeugt wird, daß er mit einer Marke auf diesem Bildschirm übereinstimt. Anschließend wird ein zusätzlicher Spiegel in dem ersten und dritten Lichtstrahl justiert, so daß ein Fleck des reflektierten vierten Lichtstrahls auf dem zweiten Bildschirm mit der Marke auf dem zweiten Bildschirm übereinstimmt. Die Einrichtung wird verwendet, um hochgenaue Justierungen eines reflektierenden Spiegels mittels eines einfachen Aufbaus durchzuführen, indem ein halbdurchlässiger Spiegel zwischen einer sichtbaren Lichtquelle und einem Laserresonatorsystem vorgesehen wird, und indem dieser halbdurchlässige Spiegel einen spezifischen Winkel in Bezug auf die Lichtquelle aufweist.
• Infolgedessen ist das Ziel der Erfindung wie in den Ansprüchen 1 und 3 beansprucht, ein Verfahren und eine Anordnung vorzusehen, die ein sicheres und schnelles Justieren des Spiegels ermöglichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das in Anspruch 1 definierte Verfahren zum Justieren des Spiegels auf den Laserresonator die folgenden Schritte:
• - Zirkulation eines Laserstrahls eines Hilfsgaslasers zwischen dem zu justierenden Spiegel und dem Auskoppelspiegel des Hilfsgaslasers,
• - Auskoppeln eines Teils des reflektierten Laserstrahls und projizieren dieser ausgekoppelten Teile als einzelne Lichtflecken auf Projektionsmittel, und
• -mikropositionieren des zu justierenden Spiegels, bis diese verschiedenen Lichtflecken, die durch diesen Spiegel beeinflußt werden, zu einem Lichtfleck verschmolzen sind.
• Wenn der Spiegel nicht justiert ist, werden die auf die Oberfläche dieses Spiegels auftreffenden Laserstrahlen nicht in ihrer Längsachse reflektiert. Der durch diesen Spiegel reflektierte Laserstrahl trifft daher auf den Hilfsspiegel unter einem bestimmten Winkel. Die Reflektion auf der Oberfläche des Hilfsspiegels führt zu einem Laserstrahl, der auf den zu justierenden Spiegel an einer anderen Stelle auftrifft als der erste Laserstrahl. Dadurch zirkuliert der Laserstrahl zwischen den Spiegeln und erreicht die Spiegel bei jedem Auftreffen an einer anderen Stelle. Zum Justieren des Spiegels wird, um nur einen Laserstrahl zu erhalten, der in sich selbst reflektiert wird und demzufolge die Oberfläche der Spiegel an der gleichen Stelle erreicht, ein kleiner Teil des reflektierten Laserstrahls einer Richtung ausgekoppelt, während der Hauptteil die Auskoppelmittel passiert. Der ausgekoppelte Teil wird auf geeignete Projektionsmittel projiziert. Die oben erwähnte Zirkulation der Laserstrahlen bewirkt, daß der ausgekoppelte Teil jedes Laserstrahls einer Richtung als getrennter Lichtfleck dargestellt wird. Die Anzahl der Flecken hängt von dem Versatz des Spiegels ab. Im Hinblick auf das Auskoppeln sinkt die Intensität der verschiedenen Lichtflecken von einem zum nächsten. Es ist möglich, entweder einen Teil der Laserstrahlen, die auf den zu justierenden Spiegel gerichtet sind oder von den Laserstrahlen, die von diesem Spiegel reflektiert werden, auszukoppeln. Im ersten Fall enthalten die projizierten Flecken einen zusätzlichen Fleck, der durch den ersten Strahl bewirkt wird, der zu dem zu justierenden Spiegel geschickt wird. Dieser Fleck kann für die Justierung nicht verwendet werden, da er durch diesen Spiegel nicht reflektiert wird und daher keine Information über den Versatz des Spiegels enthält. Idealerweise zeigen die Projektionsmittel nur einen Fleck. Zum Justieren des Spiegels wird der Spiegel mikropositioniert, bis die verschiedenen Lichtflecken zu einem Lichtfleck verschmolzen sind.
• Mit diesem Verfahren ist es aufgrund der Vielzahl der Flecken des zirkulierenden Laserstrahls zwischen den Spiegeln möglich, den Spiegel exakt zu justieren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß dieses Verfahren leicht durch geeignete Mikropositioniereinrichtungen und ein Bildverarbeitungssystem automatisiert werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil jedes durch den zu justierenden Spiegel reflektierten Laserstrahls für die Projektion ausgekoppelt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Laserstrahl zwischen dem zu justierenden Spiegel und dem Auskoppelspiegel des Hilfsgaslasers zirkuliert. Dies erlaubt eine exakte Reflektion der von dem zu justierenden Spiegel kommenden Laserstrahlen.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung nach Anspruch 3 umfaßt eine Hilfsgaslaserquelle, deren Laserstrahl derart auf diesen Laser gerichtet wird, daß das durch diesen Spiegel reflektierte Licht den Auskoppelspiegel des Hilfsgaslasers erreicht, optische Auskoppelmittel, die in dem Laserstrahl zwischen dem Laser und dem Spiegel zum Auskoppeln eines Teils des zwischen den Spiegeln zirkulierenden Lichts positioniert sind, Projektionsmittel zum projizieren des ausgekoppelten Lichts und Mikropositioniermittel zum Verändern dieses Spiegels bis dieser Laserstrahl in seiner Längsachse reflektiert wird. Als optische Auskoppelmittel können eine Glasplatte in einer zu dem Laserstrahl geneigten Anordnung oder ein Strahlteilerwürfel als bekannte Auskoppelmittel verwendet werden. Bei der Verwendung einer Glasplatte ohne eine Antireflektionsbeschichtung auf der Oberfläche, koppeln beide Kanten der Glasplatte einen kleinen Teil des entsprechenden Laserstrahls aus. Es ist daher vorteilhaft, eine Glasplatte mit einer Antireflektionsbeschichtung zu verwenden, um nur einen Satz von auf den Projektionsmitteln projizierten Flecken vorzusehen. Zusätzlich kann eine geeignete Linse in den optischen Pfad eingefügt werden, um scharf definierte projizierte Flecken auf dem Projektionsmittel zu erhalten. Zum Justieren des Spiegels umfassen die Mikropositioniermittel einen bekannten XYZ-Tisch oder andere geeignete, dem Fachmann geläufige Anordnungen. Diese Anordnung kann leicht mit einem Bildverarbeitungssystem kombiniert werden.
• Diese und andere Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung können der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen entnommen werden. Es stellen dar:
• Figur 1 Eine prinzipielle schematische Darstellung der Anordnung mit einer Glasplatte;
• Figur 2 die Darstellung der Anordnung gemäß Figur 1 mit einem Strahlteilerwürfel anstatt der Glasplatte; und
• Figur 3 projizierte Lichtflecken auf dem Bildschirm.
• Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung mit dem Hilfsgaslaser 1, zum Beispiel NeHe-Laser, der einen Laserstrahl 2 erzeugt, der auf den zu justierenden Spiegel 3 gerichtet ist. Der Spiegel 3 ist an einem XYZ-Tisch 4 zur Mikropositionierung des Spiegels befestigt. In dieser vereinfachten Darstellung ist der Resonator, auf den der Spiegel justiert wird, nicht gezeigt. Zwischen dem Gaslaser 1 und dem Spiegel 3 ist eine Glasplatte 5 in einer geneigten Anordnung in den optischen Pfad eingefügt. Die Glasplatte 5 besitzt eine Antireflektionsbeschichtung, die bewirkt, daß ein kleiner Teil des durch den Spiegel 3 zu reflektierenden Strahls ausgekoppelt wird und auf eine Mattscheibe 6 projiziert wird. Der Hauptteil des Laserstrahls passiert die Glasplatte 5 und Linse 11 und trifft auf den Auskoppelspiegel 7 des Gaslasers 1. In dieser Figur erreicht der den Gaslaser 1 verlassende Laserstrahl 2 den Spiegel 3 und wird aufgrund des Versatzes des Spiegels 3 unter einem bestimmten Winkel reflektiert: Dieser reflektierte Laserstrahl 2 passiert den Hauptteil der Glasplatte 5 und erreicht den Auskoppelspiegel 7, der den Laserstrahl wieder zurück zu dem Spiegel 3 reflektiert. Auf diese Art und Weise zirkuliert der Laserstrahl in dieser Figur dreimal zwischen den Spiegeln. Jeder Durchgang durch die Glasplatte 5 des von dem Spiegel 3 kommenden Laserstrahls bewirkt einen ausgekoppelten Teil 2, der als ein Lichtfleck 8 auf der Mattscheibe 6 projiziert wird. Die Anzahl der Zirkulationen und daher die Anzahl der Flecken 8 hängt von dem Versatz des Spiegels 3 ab, der darüber befindet, wie oft der von dem Spiegel 3 reflektierte Laserstrahl den Auskoppelspiegel 7 erreicht. Der Spiegel 3 ist dann genau justiert, wenn die Lichtflecken 8 zu einem Lichtfleck am Zielpunkt der Mattscheibe 6 vereinigt sind.
• Figur 2 zeigte eine ähnliche Anordnung mit einem Strahlteilerwürfel 9 anstatt der Glasplatte 5 von Figur 1.
• Figur 3 zeigt die Mattscheibe 6 mit 3 Lichtflecken 8',8", 8"', die von dem ersten, zweiten bzw. dritten Durchgang des von dem Spiegel 3 reflektierten Laserstrahls durch die Glasplatte 5 oder den Strahlteilerwürfel 9 resultieren. Die Intensität der 3 Flecken reduziert sich von einem zum nächsten im Hinblick auf die Verluste und den reduzierten Laserstrahl nach dem Durchgang durch die Auskoppelmittel. Sobald der Spiegel justiert ist, so daß der durch den Gaslaser 1 erzeugte Laserstrahl 2 in sich selbst reflektiert wird, liegen die 3 Flecken übereinander an dem Zielpunkt 10.

Claims (6)

1. Verfahren zum Justieren eines Spiegels (3) auf einen Laserresonator eines Hilfsgaslasers derart, daß das auf diesen Spiegel von einem Hilfsgaslaser (1) auftreffende Licht auf denselben Pfad zurückreflektiert wird, indem

- der Hilfsgaslaser (1) derart angeordnet wird, daß der Auskoppelspiegel sich gegenüber dem zu justierenden Spiegel befindet,

- der Laserstrahl (2) des Hilfsgaslasers (1) zwischen dem zu justierenden Spiegel und dem Auskoppelspiegel (7) des Hilfsgaslasers reflektiert wird, indem aufgrund des Versatzes des zu justierenden Spiegels der reflektierte Laserstrahl die Spiegel bei jedem Auftreffen an verschiedenen Stellen erreicht, so daß eine Vielzahl von verschiedenen Laserstrahlpfaden zwischen den Spiegeln generiert wird,

- ein Teil des zwischen den Spiegeln (3, 7) reflektierten Lichts der verschiedenen Laserstrahlpfade in einer Richtung ausgekoppelt und diese ausgekoppelten Teile, die aus den verschiedenen Laserstrahlpfaden der betreffenden Schnittpunkte bestehen, als verschiedene Lichtflecken auf Projektionsmitteln (6) projiziert werden, und

- Mikropositionierung des zu justierenden Spiegels, bis diese verschiedenen Lichtflecken, die durch die Position des Spiegels (3) beeinflußt werden, in Form eines Lichtfleckens übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, indem ein Teil jedes durch den Spiegel reflektierten Laserstrahls für die Projektion ausgekoppelt wird.

3. Anordnung zum Justieren eines spiegels (3) auf einen Laserresonator eines Hilfsgaslasers (1) derart, daß das auf den Spiegel von dem Hilfsgaslaser (1) auftreffende Licht den gleichen Pfad zurückreflektiert wird, enthaltend

- einen Hilfsgaslaser (1) mit einem Auskoppelspiegel (7) gegenüber dem zu justierenden Spiegel (3), derart, daß ein Laserstrahl (2) des Hilfsgaslasers (1) zwischen dem zu justierenden Spiegel und dem Auskoppelspiegel (7) des Hilfsgaslasers (1) reflektiert wird, wobei aufgrund des Versatzes des zu justierenden Spiegels (3) der reflektierte Laserstrahl die Spiegel (3, 7) bei jedem Auftreffen an verschiedenen Stellen erreicht, so daß eine Vielzahl von verschiedenen Laserstrahlpfaden zwischen den Spiegeln erzeugt werden,

- optische Auskoppelmittel (5, 9) zwischen den Spiegeln, um einen Teil des reflektierten Lichts zwischen den Spiegeln der verschiedenen Laserstrahlpfaden einer Richtung auszukoppeln,

- Projektionsmittel (6) zum projizieren dieses ausgekoppelten Lichtteils, der aus den verschiedenen Laserstrahlpfaden mit entsprechenden Querschnitten als verschiedene Lichtpunkte (8) besteht, und

- Mikropositioniermittel zum Verschieben dieses zu justierenden Spiegels (3) bis diese Lichtflecke übereinstimmen, um einen Lichtfleck zu bilden, und der von dem Hilfsgaslaser imitierte Laserstrahl den gleichen Pfad zurückreflektiert wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der das Auskoppelmittel eine Glasplatte (5) mit einer Antireflektionsbeschichtung auf der Oberfläche ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, bei der das Auskoppelmittel ein Strahlteilerwürfel (9) ist.

6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 3 - 5, bei der das Projektionsmittel eine Mattscheibe (6) ist.