DE4236140A1 - Optischer apparat - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung für photorefraktive Kristalle.

Photorefraktive Kristalle von Materialien wie Bariumtitanat (BaTiO₃) oder Strontiumbariumniobat (Sr_1-xBa_xNb₂O₆) werden viel in verschiedenen Apparaten und Instrumenten verwendet wie im optischen Datenübertragungsnetz und im op­ tischen Neuralnetzwerk z. B. als phasenkonjugierte Spiegel. Eine der Schwie­ rigkeiten, die im Gebrauch von solchen Kristallen auftritt, ist die Schwie­ rigkeit, diese passend im Hinblick auf einen einfallenden Lichtstrahl zu orientieren. Die üblich verwendeten Kristallhaltevorrichtungen haben den Nachteil, daß jede Drehung den Einfallspunkt des Strahles auf den Kristall ändert. Dabei werden die Parameter des ganzen Systems geändert. Dies kann behoben werden durch Verwendung von komplizierten Apparaten wie z. B. "X-Y Tischen", welche die Kristalle um zwei senkrechten Achsen drehen können. Jedoch sind diese sehr aufwendig.

Es wurde nun gefunden, daß eine Kristallhaltevorrichtung hergestellt werden kann, welche im wesentlichen oder vollständig all die Probleme gegenüber den Bekannten überwindet und welche einen einfachen und genauen Gebrauch von photorefraktiven Kristallen erlaubt. Es wird deshalb gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kristallhaltevorrichtung bereitgestellt, die so aufgebaut ist, daß sie in Anwendungen von photorefraktiven Kristallen verwendet wer­ den kann, umfassend einen horizontalen drehbaren ebenflächigen Konstrukti­ onsteil, auf welchem ein kristallhaltendes Hilfsmittel befestigt ist, wel­ ches einen Kristall darauf so festhält, daß die Drehachse des ebenflächigen Konstruktionsteiles in derselben Ebene liegt wie die Kristalloberfläche, auf welche der Lichtstrahl auftrifft.

Der Kristall wird auf einem drehbaren, ebenflächigen Konstruktionsteil so gehalten, daß die Drehachse des ebenen Konstruktionsteiles in der Ebene einer Kristallfläche liegt. Unter einem "drehbaren ebenflächigen Konstruk­ tionsteil" soll ein Konstruktionsteil verstanden sein, welcher eine hori­ zontale ebene Fläche hat und welcher um eine vertikale Achse gedreht werden kann. Das Drehen kann kontinuierlich so sein, wie es durch den Drehpunkt, der auf einem Teil davon befestigt ist, erreicht werden kann und sie kann über jeden geeigneten Winkel bis zu einer vollen Umdrehung gedreht werden. Abwechselnd kann das Drehen zu einer bestimmten voreingestellten Position erfolgen, die z. B. erreicht wird, wenn man einen planaren Konstruktionsteil mit abwärts vorspringenden Zacken hat, welche sich in passende Öffnungen in einem tragenden Konstruktionsteil so einfügen, daß der ebenflächige Kon­ struktionsteil darin festgehalten wird und man im tragenden Konstruktions­ teil andere Öffnungssätze bereitstellt, die gewinkelt von jedem anderen so angeordnet sind, daß der ebene Konstruktionsteil herausgehoben werden kann und in einer neuen Orientierung in einem neuen Öffnungssatz liegt.

Die Folge der Positionierung der Drehachse ist, daß das Drehen des ebenen Konstruktionsteiles keinen Einfluß auf den Einfallspunkt des Lichtes zeigt. Dies ist von bekannten Kristallhaltevorrichtungen sehr verschieden, welche einen Kristall zentral auf einem ebenen Konstruktionsteil befestigen, mit dem Ergebnis, daß sich der Einfallspunkt bewegt, so wie der ebene Kon­ struktionsteil sich dreht. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß der Durchmesser eines Laserlichtstrahles obwohl klein, nicht total vernachlässigbar ist (typisch in der Größenordnung von einigen Zehntel eines Millimeters bis wenige Millimeter) und obwohl sich der Einfallspunkt der Zentralachse des Strahles nicht ändert, werden sich die äußeren Teile des Strahles verändern und es wird unvermeidlich gewisse Verzerrungen geben. Dies ist bei der Ausführung der Erfindung nicht kritisch und kann für praktische Zwecke vernachlässigt werden.

Die Hilfsmittel, welche den Kristall am Platz festhalten, können irgend­ welche bekannten Hilfsmittel auf diesem Fachgebiet sein. Typisch wird dies durch eine Klemmvorrichtung erreicht, vorzugsweise einer solchen, worin ein befestigter Teil des ebenflächigen Konstruktionsteiles als eine Backe der Befestigung dient ("die feste Backe") und der Kristall mit einem einzelnen festen Konstruktionsteil ("die bewegliche Backe") festgehalten wird, der reversibel gegen die feste Backe bewegt werden kann. Die feste Backe mag z. B. die ebene Oberfläche sein, auf welcher der Kristall ruht und mit einem Klemmdruck in der senkrechten Fläche durch eine bewegliche Backe oben auf dem Kristall festgehalten wird. Diese Verschiebung und Befestigung wird durch Hilfsmittel ausgeführt, welche es erlauben, den Kristall fest aber ohne übermäßigen Druck festzuhalten. Der Druck wird auf die a-Achse des Kristalles so angewandt, daß in dem Kristall keine ferroelektrische Domäne mechanisch erzeugt werden können. Geeignete Hilfsmittel sind z. B. gefederte Schrauben. In einer Ausführung ist die bewegliche Backe transparent, so daß der Kristall leichter gesehen und deshalb leichter in eine geeignete Lage gebracht werden kann. Dies ist besonders wertvoll, wenn die Befestigung in einer senkrechten Ebene ist mit der beweglichen Backe über dem Kristall. In einer anderen Ausführung ist die bewegliche Backe aus einem wärmeleitenden Material hergestellt, so daß sie sich in Hochleistungsanwendungen als eine Wärmesenke verhalten kann.

Abwechslungsweise kann der Kristall durch Hilfsmittel befestigt werden, welche einen Klemmdruck in einer allgemein horizontalen Ebene ausüben, an­ statt in einer allgemein senkrechten Ebene. In einer typischen Anordnung ist die feste Backe eine senkrechte Oberfläche, die an die planare Oberfläche an­ grenzt, auf welcher der Kristall sitzt und gegen welche der Kristall durch Hilfsmittel, z. B. mittels einer durch eine Schraube angetriebenen Backe be­ festigt ist.

Die gegenüberliegenden Seiten der Kristalle, welche einem Klemmdruck unter­ worfen werden, sind oft nicht parallel. In solchen Fällen kann in der Spann­ vorrichtung Vorkehrung getroffen werden, um solche Kristalle aufzunehmen. Die Vorkehrungen hängen von der Natur der Spannvorrichtung ab, sind aber inner­ halb der Sachkunde des Fachgebietes. Sie schließen Backen ein, welche leicht "schief" sein können.

Der Bereich des drehbaren, ebenen Konstruktionsteiles, auf welchem der Kristall ruht, ist eben und vorzugsweise poliert. Bevorzugt ist, daß der ebene Konstruktionsteil aus einem Metall ist, so daß er sich als eine Wärmesenke verhalten kann. Der drehbare, ebene Konstruktionsteil, auf welchem der Kristall ruht, kann eine einzelne Einheit sein oder es kann ein getrenn­ tes und/oder entfernbares Gebilde sein, welches an einem drehbaren Gebilde befestigt werden kann. Zum Beispiel kann der drehbare, ebene Konstruktions­ teil ein metallenes wärmeleitendes Gebilde sein, welches an einem drehbaren Gebilde befestigt ist, das aus Keramik oder Plastikmaterial hergestellt ist.

In einer sehr geeigneten Ausführung ist der drehbare, ebene Konstruktions­ teil, auf welchem der Kristall ruht, ein vom drehbaren Konstruktionsteil ge­ trennter Bestandteil und ist so eingerichtet, daß er an einem drehbaren Ge­ bilde eines bekannten Apparates durch jedes passende Hilfsmittel eingebaut werden kann. Das bringt den Nutzen der Erfindung zu den Benutzern eines her­ kömmlichen Gerätes. In einer Ausführung kann der ebene Konstruktionsteil so ausgerüstet sein, daß der Kristall gegen und/oder weg von der Drehachse be­ wegt werden kann, so daß der Kristall im Hinblick auf diese Achse besser positioniert werden kann. Es ist natürlich wesentlich, daß ein solcher Konstruktionsteil fähig ist, in jeder gewünschten Stellung so fixiert zu wer­ den, daß keine weitere Bewegung möglich ist, sobald die gewünschte Stellung erreicht ist.

In einer bevorzugten Ausführung umfaßt die Kristallhaltevorrichtung zu­ sätzlich Kristallbewegungsmittel, deren Zweck es ist, dem Kristall zu er­ lauben, daß er bewegt werden kann, so daß die Drehachse auf einer Kristall­ fläche über mindestens einem wesentlichen Teil davon liegt. Diese Bewegung ist ganz verschieden von jeder genauen Positionierungsbewegung des Types, der oben beschrieben wurde, und ist eine äußerst nützliche Ausführung. Im Kern bewegt das Kristallbewegungshilfsmittel die Kristallfläche so, daß die Drehachse des ebenen Konstruktionsteiles immer auf der Kristallfläche liegt. Dies kann durch jedes passende Hilfsmittel erreicht werden wie eine einfache Gleiteinrichtung, welche die notwendige Seitensteifigkeit aufweist, so daß die Drehachse immer in der Fläche der Kristallfläche liegen wird. Die Be­ wegung kann durch jedes geeignete Hilfsmittel erreicht werden, z. B. einer Schraube mit feinem Gewinde, wie sie an einem Mikrometer vorhanden ist. Die Bewegung kann durch jedes geeignete Hilfsmittel erreicht werden, z. B. einem manuellen oder einem elektromechanischen Mechanismus. In einigen ausge­ klügelten Anwendungen ist es zweckmäßig, einen Elektromotorantrieb oder ein elektromagnetisches Hilfsmittel zu verwenden, welches computergesteuert sein kann.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Kristallhaltevorrichtung mit einer Abdeckung ausgerüstet sein, welche ein oder mehrere Öffnungen aufweist, durch welche ein oder mehrere Lichtstrahlen scheinen können. Dies ist speziell nützlich, wenn man einen Kristall als einen phasenkonjugierten Spiegel für Laserlicht verwendet. Die Abdeckung schützt den Kristall mecha­ nisch und hindert unvermeidliche Reflexionen und Refraktionen am Verlassen des Apparates - nur der gewünschte Strahl (oder Strahlen) tritt (treten) ein und verläßt (verlassen) diesen durch die einzige(n) Öffnung(en). Die Ab­ deckung kann ein transparenter Deckel sein, z. B. aus einem transparenten polymeren Material hergestellt, wie einem Polycarbonat oder Polymethylmetha­ crylat, so daß die Kristallhaltevorrichtung gesehen werden kann. Alternativ kann der Deckel opaque sein. Eine Abdeckung aus einem einzigen Stück extru­ dierten Aluminiums ist speziell nützlich als Schutz, der nicht korrodiert und die Fähigkeit hat, schwarz eloxiert zu werden (nützlich für optische Anwendungen).

Ein wertvolles Merkmal der Erfindung ist, daß Kristalle montiert und fertig zum Gebrauch geliefert werden können in Vorrichtungen, welche Öffnungsabdeckungen aufweisen wie zuvor beschrieben und welche direkt an leicht zu­ gängliche Instrumente angeschlossen werden können.

Die Erfindung wird weiter beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen, welche die bevorzugten Ausführungen veranschaulichen, welche, sofern sie mit ge­ eigneten photorefraktiven Kristallen versehen sind, sich als phasenkonju­ gierte Spiegel verhalten können.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Kristallhaltevorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Ausführung von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung der Erfindung.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Variante der Ausführung, die in Fig. 3 veranschaulicht ist.

In der Ausführung, die in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist, ist eine Montageplatte (1), die an einem standardmäßigen Montageständer montiert werden kann, mit einem eingelagerten Drehteller (2) versehen, welcher sich in jeder gewünschten Lage um eine Vertikalachse drehen kann. Fest und ko­ axial in diesem Drehteller befestigt, ist eine Rundscheibe (3). An dieser Rundscheibe befestigt und darüber hinausragend ist ein gerader Metallstab (4) mit rechteckigem Querschnitt, nachstehend bezeichnet als "Laufrille". Die Laufrille ist so befestigt, daß die Seite, die näher an der Drehachse des Drehtellers liegt, entweder die Achse durchkreuzt oder sehr nahe daran liegt. An einem Ende der Laufrille erhebt sich von der Laufrille senkrecht zur Fläche des Drehtellers ein rechtwinkliger Block (5), welcher aus einem Stück mit der Laufrille gebaut ist und welcher mit einer Mikrometerschraube (6) ausgestattet ist. Verschiebbar auf der Laufrille gelagert ist ein Kristallaufbaublock (7), der rechtwinklig in Form und breiter als die Lauf­ rille ist und darin eine rechtwinklige Vertiefung aufweist, welche dem Quer­ schnitt der Laufrille (4) genau angepaßt ist, so daß der Aufbaublock (7) auf der Laufrille gelagert werden kann und dieser entlang verschiebbar ist mit einem annehmbaren, kleinen Grad an Bewegung quer zur Gleitrichtung. Die Querseite des Aufbaublockes (7), die näher zu der Mikrometerschraube ist, ist so daran befestigt, daß das Drehen der Mikrometerschraube den Aufbau­ block (7) dazu bringt, sich entlang der Laufrille (4) zu bewegen.

Die obere Fläche des Aufbaublockes (7) ist gewöhnlich eben, und die Fläche ist parallel zu derjenigen des Drehtellers (2) und der Rundscheibe (3). An der Kante vom Block, die näher zu der Drehachse liegt, ist eine rechtwinkli­ ge Wand (8) aufgerichtet, die so positioniert ist, daß die Kristallfläche (9), die gegen sie gestellt wird, in einer Linie liegt, die die Drehachse durchkreuzt. Der Kristall (9) wird durch Befestigungsmittel am Platz ge­ halten, die eine rechtwinklige Klemmbacke aus einem starren Plastikmaterial (10) umfassen, welche an dem Aufbaublock mittels Schrauben (11) befestigt ist, welche mit Schraubengewinden in dem Aufbaublock (7) zusammenwirken. Das Niederschrauben dieser Schrauben gegen den Aufbaublock befestigt jeden Kris­ tall am Platz, der zwischen der rechtwinkligen Klemmbacke (10) und dem Auf­ baublock (7) liegt.

Über der Laufrille und dem Block ist eine Abdeckung (12) angebracht, die im wesentlichen ein hohler Aluminiumzylinder ist, innen schwarz eloxiert, an einem Ende geöffnet und angepaßt, um über der Rundscheibe (3) fest zu sitzen, mit den nötigen Aussparungen und Freiräume versehen für jeden Teil, der an der Rundscheibe befestigt ist und über der Außenlinie davon hervor­ ragt. Diese Abdeckung ist mit einer oder mehreren Öffnungen (13) versehen, welche es einem Lichtstrahl erlauben, ein- und auszutreten.

In der Verwendung als phasenkonjugierter Spiegel ist der ganze Apparat auf einem standardmäßigen Ständer befestigt und der Drehteller wird so gedreht, daß der Strahl durch die Öffnung (13) in der Abdeckung (12) eintritt und den Kristall trifft. Der Drehteller wird gedreht, bis der gewünschte Ein­ fallswinkel erhalten wird, und der Kristall wird mittels der Mikrometer­ schraube bewegt, bis ein geeigneter Einfallspunkt auf der Kristallfläche erhalten wird.

In der Darstellung, die in Fig. 3 gezeigt ist, weist der Drehteller (2) eine Rinne (14) mit Taubenschwanz-Querschnitt auf. Innerhalb dieser Rinne kann sich eine Kristallhaltevorrichtung (15) bewegen, deren niederer Teil der Form der Rinne entspricht und die verschiebbar innerhalb der Rinne (14) bewegbar ist, wobei die Bewegung durch ein Schraubengewinde (16), welches durch ein Rad (17) bedient ist, bewirkt werden kann.

Der obere Teil der Kristallhaltevorrichtung (15) umfaßt eine rechtwinklige ebene Oberfläche (18), worauf der Kristall (9) ruht. Diese Oberfläche (18) ist begrenzt durch zwei senkrechte Wände (19, 20), welche an angrenzenden Kanten der Oberfläche angebracht sind, wobei die innere Wandfläche (19) in der Ebene der Drehachse liegt und die Wand (20) an der vom Rad (17) ent­ fernten Kante gestellt ist. Zusammen begrenzen diese Wände (19, 20) eine Kristallhaltefläche. Die Vorrichtung ist so zusammengesetzt, daß eine Dre­ hung des Rades (17) die innere Wandfläche (19) (und deshalb die Kristall­ fläche, die dagegen gehalten ist) veranlaßt, sich durch die Drehachse zu bewegen.

Der Kristall wird auf der Kristallhaltevorrichtung (15) durch Klemmvor­ richtungen gehalten, umfassend eine bewegliche Backe (21), welche schiebend in einer rechteckigen Rinne (22) in der Kristallhaltevorrichtung (15) be­ wegbar ist, indem ein Schraubengewinde (23) mit einen Knopf (24) betätigt wird. Die Drehung des Knopfes bringt die bewegliche Backe (21) dazu, den Kristall (5) gegen die Wand (19) zu drücken und ihn so an der Stelle zu halten.

Eine Skala (25) am Drehteller erlaubt es, die laterale Bewegung der Kristallhaltevorrichtung zu messen.

In Fig. 4 wird eine Kristallhaltevorrichtung veranschaulicht, die in einem Drehteller des in Fig. 3 veranschaulichten Typus verwendet werden kann und welche für Kristalle ohne parallele Seiten zweckmäßig ist.

Die Kristallhaltevorrichtung hat die gleiche Grundkonstruktion wie diejenige, die in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Befestigung wird in diesem Fall durch eine bewegliche Backe (26) vorgenommen, welche mit quer hervorstehen­ den rechteckigen Schienen (nur eine (27) ist veranschaulicht) ausgerüstet ist, welche in Rillen (nicht veranschaulicht) von einem passenden Profil in den inneren Wandflächen (20, 28) verschiebbar sind. Die bewegliche Backe (26) bewirkt, daß ein durch zwei Schrauben (29, 30) festgehaltener Kristall (9) bewegt wird. Die Dimensionen und der Sitz der Schienen (27) und Rinnen sind so, daß die bewegliche Backe (26) leicht schräg sein kann. Dies er­ laubt eine stabile Einspannung eines Kristalles mit nicht ganz parallelen Seiten.

Der Fachmann wird leicht feststellen können, daß es viele Variationen gibt, die an diesem Apparat vorgenommen werden können, die aber innerhalb des Umfanges der Erfindung bleiben. Zum Beispiel kann die Einstellung der Lage des Aufbaublockes (7) durch einen Elektromotor als Hilfsmittel fernbetätigt werden. Wie oben erwähnt, braucht es keinen Drehteller mit einer kontinuier­ lichen 360° Drehung, aber verschiedene Sätze von Befestigungslöchern, welche es erlauben, einen Aufbaublock, der mit passenden abwärts ausdehnenden Pro­ jektionen ausgerüstet ist, zwischen getrennten Stellungen zu wechseln. Viele andere Variationen der Laufrille, des Aufbaublockes und der Befestigung sind möglich, alle diese sind innerhalb des Bereiches der Erfindung.

Claims (11)

1. Eine Kristallhaltevorrichtung für photorefraktive Kristalle, umfassend einen horizontalen, drehbaren ebenflächigen Konstruktionsteil, auf welchem ein Kristallhaltehilfsmittel befestigt ist, welches einen Kristall darauf so festhält, daß die Drehachse des ebenflächigen Konstruktionsteiles in der gleichen Ebene wie die Kristallfläche liegt, auf welche der Lichtstrahl auftrifft.

2. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Haltevorrichtung Kristall verschiebende Hilfsmittel auf­ weist, welche den Kristall so bewegen können, daß die Drehachse in der gleichen Ebene wie die Kristallfläche oder mindestens in einem be­ trächtlichen Teil davon liegt.

3. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der ebenflächige Konstruktionsteil kontinu­ ierlich um die Drehachse drehbar ist.

4. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der ebenflächige Konstruktionsteil zwischen getrennten voreingestellten Positionen gedreht werden kann.

5. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare ebene Konstruktionsteil getrennt von und fest aufsetzbar auf einem drehbaren Gebilde ist.

6. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kristall mittels einer Klemmvor­ richtung gehalten wird, welche entlang einer a-Achse des Kristalles Druck ausübt.

7. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Klemmvorrichtung eine feste Backe und eine bewegliche Backe aufweist.

8. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die feste Backe eine ebene Oberfläche ist, auf welcher der Kristall ruht und die bewegliche Backe ein starrer Konstruktionsteil, welcher reversibel in einer vertikalen Ebene gegen die feste Backe bewegt werden kann.

9. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Klemmdruck in einer weitgehend horizontalen Ebene aus­ geübt wird.

10. Eine Kristallhaltevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung die Befestigung von Kristallen ermöglicht, deren Seiten, die einem Klemmdruck unterworfen werden, nicht parallel sind.

11. Ein phasenkonjugierter Spiegel, enthaltend einen lichtbrechenden Kristall, der in einer Kristallhaltevorrichtung gemäß Anspruch 1 befestigt ist.