Derartige Fokussiereinrichtungen werden vielfach bei Laser- vorrichtungen verwendet, wobei fur eine exakte Fokuseinstellung eine genaue Justierung des jeweiligen Fokussierspiegels erfor- derlich ist. Bei herkömmlichen Fokussiereinrichtungen werden als Rager für den Fokussierspiegel Verschiebetische (Translations- oder Messtische) mit Gleit-bzw. Wälzlagern eingesetzt ; der Auf- wand für diese Konstruktionen ist jedoch außerordentlich hoch, und ein immer vorhandenes Lagerspiel fuhrt zu einer verminderten Steifigkeit des Elements.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Fokussier- einrichtung der eingangs angefuhrten Art, die sich durch einen einfachen und stabilen Aufbau auszeichnet, und die einer ein- fachen Herstellung zugänglich ist.

Die erfindungsgemäße Fokussiereinrichtung der eingangs er- wähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Träger durch eine in Draufsicht zumindest ungefahr Z-förmige Schwinge gebildet ist, die einen an beiden Enden mit Querarmen gelenkig verbundenen schwingenden Langsarm aufweist, der den Fokussierspiegel tragt, dass die Querarme um zur Verstell-Ebene senkrechte Gelenkachsen schwenkbar angeordnet sind, und dass der Kr-ummungsmittelpunkt der sphärischen Spiegelflache des Fokus- sierspiegels zumindest im Wesentlichen auf einer durch den geometrischen Mittelpunkt des Längsarmes gehenden Achse senk- recht zur Verstell-Ebene liegt.

Bei der vorliegenden Fokussiereinrichtung ist somit eine Z- förmige Schwinge vorgesehen, die so dimensioniert und angeordnet ist, dass-in Draufsicht gesehen-der Mittelpunkt des schwin- genden Längsarmes mit dem Mittelpunkt des Kreises zusammenfallt, der die spharische Spiegelflache des Fokussierspiegels be- schreibt. Bei einer translatorischen Verstellung der Z-fõrmigen Schwinge wird diese auch um die durch ihren geometrischen Mit- telpunkt verlaufende Achse verdreht, was zu einer entsprechenden Verdrehung des Fokussierspiegels fuhrt. Diese Verdrehung des Fokussierspiegels erfolgt jedoch um dessen Krümmungsmittelpunkt, d. h. der Fokussierspiegel wird"entlang seiner Spiegelflache verdreht", so dass diese Verdrehung zu keiner Ablenkung des fokussierten Strahles führt. Der fokussierte Strahl verläuft daher weiterhin gemäß einer vorgegebenen Geraden, wobei nur der Fokuspunkt entlang dieser Geraden verstellt wird. Hierbei ist auch bevorzugt vorgesehen, dass der Krümmungsmittelpunkt der Spiegelflache des Fokussierspiegels auf der Winkelhalbierenden zwischen dem einfallenden Strahl und der Linie liegt, entlang der der Fokus des Fokussierspiegels bei der Verstellung ver- schoben wird.

Die erfindungsgemäße Fokussiereinrichtung kann mit Vorteil bei Laservorrichtungen, insbesondere bei Laserresonatoren, ein- gesetzt werden, wie etwa bei Laservorrichtungen der Art, wie in der WO 98/10494 A beschrieben. Insbesondere kann die Erfindung auch bei Astigmatismus-kompensierten Laserresonatoren, etwa wie in Herwig W. Kogelnik, Erich P. Ippen, Andrew Dienes, Charles Shank :"Astigmatically Compensated Cavities for CW Dye Lasers", Journal of Quantum Electronics, QE-8, No. 3, März 1972, S. 373- 379, beschrieben, eingesetzt werden ; bei einer derartigen Laser- resonator-Anordnung ist das Lasermedium, nämlich ein Laserkris- tall, insbesondere ein Ti : S- (Titan-Saphir-) Laserkristall, in Form einer planparallelen Platte, im Brewster-Winkel zum Laser- strahl angeordnet, und der Laserstrahl wird in das Lasermedium mit Hilfe von Fokussierspiegeln fokussiert. Durch die Fokussie- rung in das im Brewster-Winkel angeordnete Lasermedium wird je- doch ein Astigmatismus eingeführt, und dieser wird durch ein Verkippen der Fokussierspiegel kompensiert.

Grundsätzlich ist jedoch die vorliegende Fokussiereinrich- tung ganz allgemein bei beliebigen Anordnungen einsetzbar, wo ein Lichtstrahl bzw. Laserstrahl mit Hilfe eines Hohlspiegels fokussiert werden soll, und wo der Fokuspunkt genau einzujustie- ren ist.

Fur die Ausbildung des Trägers und seine Lagerung ware bei- spielsweise eine Bauweise mit einem Block (als Langsarm der Schwinge) und mit Flachstahlfedern (als"gelenkige"Querarme) denkbar. Auch sind Ausführungen denkbar, gemäß welchen starre Querarme gelenkig mit dem Langsarm verbunden sowie-mit ihren vom Längsarm abgewandten Enden-schwenkbar gelagert sind. Im Hinblick auf eine einfache Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die vom Langstrager abgewandten Enden der Querarme der Z-fõr- migen Schwinge mit einem Basistrager uber donne Materialbereiche in der Art eines Filmscharnier-Gelenks verbunden sind. Der Ba- sisträger ist dabei vorzugsweise plattenförmig ausgebildet.

In entsprechender Weise ist es günstig, wenn die Querarme der Z-förmigen Schwinge mit dem Längsarm aber dünne Material- bereiche in der Art eines Filmscharnier-Gelenks verbunden sind.

Bei der vorliegenden Fokussiereinrichtung wird somit bevor- zugt auf eine an sich bereits bekannte Technik von uber elas- tisch deformierbare Lagerteile gelagerten Trägern zurückgegrif- fen, wie sie unter der Bezeichnung"Flexure Arrangement"in einem Katalog von Melles Griot, S. 368/369, beschrieben ist. Da- bei werden bei den bekannten Anordnungen die Träger unter elas- tischer Verformung ihrer Lagerteile verstellt, wobei es aber zu einem für die vorliegenden Anwendungen unerwunschten Parallel- versatz kommt. Um einen solchen Parallelversatz zu vermeiden, wurde auch ein-allerdings sehr komplizierter-Aufbau,"Com- pound Flexure Arrangement"genannt, vorgeschlagen. Im Vergleich zu dieser Anordnung mit flexibler Mehrfachlagerung ist die vor- liegende Z-förmige Schwinge wesentlich einfacher in der Her- stellung und überdies auch stabiler im Betrieb.

Im Hinblick auf eine anzustrebende Massenfertigung hat es sich ferner als günstig erwiesen, wenn die Z-fõrmige Schwinge aus dem plattenförmigen Basisträger durch Anbringung von Durch- brechungen, unter Belassung der dünnen Materialbereiche, heraus- gearbeitet ist. Bei der Herstellung kann von einer dickeren (z. B. ca. 20 mm dicken) Ausgangsplatte ausgegangen werden, in der die entsprechenden Nuten für die Durchbrechungen uber einen Teil der Dicke der Platte (z. B. ca. 15 mm) eingearbeitet, z. B. eingefrast werden. Danach kann die restliche Dicke (z. B. ca.

5 mm) weggeschliffen werden, so dass die den Basisträger samt der Z-fõrmigen Schwinge bildende Platte, etwa mit einer Dicke von 15 mm, verbleibt. Für das Einarbeiten der Nuten bzw. Durch- brechungen können selbstverstandlich auch andere Fertigungs- verfahren, wie z. B. Funkenerodieren oder Wasserstrahlschneiden, angewandt werden.

Die dünnen Materialbereiche oder-stege, die die Filmschar- niere bilden, weisen bevorzugt eine Dicke von ca. 0,3 mm bis 0,5 mm, insbesondere ca. 0,4 mm, auf. Bei einer derartigen Dimensionierung wird die gewunschte elastische Beweglichkeit der Z-förmigen Schwinge sichergestellt, ohne dass es zu einem Bruch der dünnen Materialbereiche kommt. Überraschend hat sich namlich gezeigt, dass dickere Materialstege leichter brechen als derar- tige dünne Materialbereiche mit einer Stärke in der Grõßenord- nung von einigen Zehntelmillimetern.

Im Hinblick einerseits auf die erforderliche elastische De- formierbarkeit und andererseits die gewünschte Stabilität ist es auch vorteilhaft, wenn der plattenförmige Basisträger und die Z- förmige Schwinge aus Aluminium oder aus einer AlMg-Legierung bestehen.

Um für die Unterbringung von anderen Komponenten der Fokus- siereinrichtung, wie insbesondere jene Komponente, auf die zu fokussieren ist, außerhalb der Z-förmigen Schwinge besser Platz zu schaffen, ist es auch günstig, wenn der Langsarm der Z-förmi- gen Schwinge einen in Draufsicht gekröpften Verlauf aufweist.

Wie bereits erwähnt wird die vorliegende Erfindung mit Vor- teil bei Laservorrichtungen eingesetzt, und demgemäß ist eine besonders vorteilhafte Anwendung dadurch gegeben, dass im Fokus des Fokussierspiegels, außerhalb der Z-förmigen Schwinge, ein Lasermedium, z. B. ein Laserkristall, angeordnet ist. Die Z-fõr- mige Schwinge kann dabei einen der Fokussierspiegel eines Laser- resonators tragen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschrankt sein soll, noch weiter erlau- tert. Es zeigen : Fig. 1 ein Schema eines sogen. X-gefalteten Vier-Spiegel- Laserresonators ; Fig. 2 ein vergleichbares Schema eines sogen. Z-gefalteten Vier-Spiegel-Laserresonators ; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen plattenförmigen Basistrager mit den Komponenten eines X-gefalteten Laserresonators gemäß Fig. 1, wobei einer der Fokussierspiegel auf einer im Basisträger integrierten, darin beweglich gelagerten, in Draufsicht Z- förmigen Schwinge angebracht ist ; Fig. 4 eine Draufsicht auf die Basisplatte gemãß Fig. 3, mit u. a. der Z-formigen Schwinge, jedoch ohne die Komponenten der Laservorrichtung ; und Fig. 5 ein Schema der Z-fõrmigen Schwinge zur Veranschauli- chung von deren Wirkungsweise bei einer Verstellung, wobei die verstellte Lage mit strichlierten Linien veranschaulicht ist.

In Fig. 1 ist schematisch eine Laservorrichtung 1 veranschau- licht, bei der ein Pumpstrahl 2 aber eine Linse 3 einem X-gefal- teten Laserresonator 4 zugeführt wird. Die Bezeichnung"X-gefal- tet"rührt daher, dass zwei zu Endspiegeln M3 bzw. OC gerichtete Laserstrahlarme dl, d2 einander kreuzen und somit ein"X"bil- den.

Der Laserresonator 4 ist ferner mit zwei Laserspiegeln M1, M2 ausgebildet, zwischen denen als Lasermedium ein Ti : S- (Titan- Saphir-) Kristall 5 angeordnet ist. Dabei handelt es sich um einen planparallelen Körper, ein Parallelepiped, welches bei- spielsweise optisch nicht-linear ist und ein Kerr-Element bil- det. Dieser Laserkristall 5 ist im sogen. Brewster-Winkel ange- ordnet, um Verluste zu minimieren, und in diesen Laserkristall 5 wird der Laserstrahl fokussiert. Durch die Fokussierung in den im Brewster-Winkel angeordneten Laserkristall 5 wird ein Astig- matismus eingeführt, der jedoch durch ein Verkippen der Fokus- sierspiegel M1, M2 kompensiert werden kann, vgl. die Winkel ßl und ß2 in Fig. l.

Von den beiden Fokussierspiegeln ist der eine Spiegel, M2, fest, hingegen wird der andere Spiegel, M1, zur Einstellung des Fokuspunktes im Laserkristall 5 genau justiert, was in Fig. l mit dem Doppelpfeil bei 6 veranschaulicht ist. Im Ubrigen können auch der Laserkristall 5 sowie die Linse 3 im Zuge der Montage linear verstellt werden, wie durch weitere Doppelpfeile 7,8 in Fig. 1 angedeutet ist ; diese Verstellungen werden nachstehend anhand der Fig. 3 bis 5 noch nager erläutert werden.

In Fig. 2 ist in einem ahnlichen Schema ein Z-gefalteter Vier-Spiegel-Laserresonator gezeigt, bei dem ein Laserstrahl-Arm d2 nach oben und ein Laserstrahl-Arm dl nach unten abgelenkt wird ; diese beiden Arme dl, d2 bilden mit der Verbindung zwi- schen den Laserspiegeln M1, M2 ein"Z".

Im tbrigen entsprechen die Bauelemente der Laservorrichtung gemäß Fig. 2 jenen gemäß Fig. l, wobei auch die gleichen Bezugs- zeichen verwendet wurden, und es kann sich somit eine weitere Erlauterung erübrigen.

Die anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Laserresonatoren 4 sind nur als Beispiele für die Anwendung der vorstehenden Fokus- siereinrichtung zu verstehen, und die vorliegende Fokussierein- richtung kann auch beispielsweise bei Drei-Spiegel-Resonatoren oder aber bei Mehr-Spiegel-Resonatoren (mit mehr als vier Spie- geln) ebenso wie ganz allgemein bei der Verstellung von zur Fokussierung verwendeten sphärischen Hohlspiegeln eingesetzt werden.

Um den Fokuspunkt des Fokussierspiegels M1 im Laserkristall 5 genau einjustieren zu können bzw. die Stabilitatsbereiche des Laserresonators 4 für eine stabile Lasertatigkeit zu finden, muss eine Verstellung des Fokussierspiegels M1 erreicht werden, bei der der Verlauf des Laserstrahls zwischen diesem Fokussier- spiegel M1 und dem Laserkristall 5 örtlich nicht verschoben wird. Dieser Laserstrahl-Verlauf ist in Fig. 1 und 2 bei 9 ange- geben. Um diese Strahlausrichtung beizubehalten, wurden in der Vergangenheit aufwendige Verschiebetische als Rager für den Fokussierspiegel M1 verwendet. Anstattdessen wird nunmehr, wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich, eine in Draufsicht im Wesent- lichen Z-fõrmige Schwinge 10 eingesetzt, die in einer bestimm- ten, nachstehend nager erläuterten Weise angeordnet und dimen- sioniert ist, um trotz eines Verdrehens bei einer Verstellung in Langsrichtung die vorgegebene Ausrichtung des Strahls 9 beizu- behalten und somit nur den Fokuspunkt F (s. Fig. 5) durch Ver- stellung des Fokussierspiegels M1 zu verschieben.

Die Z-fõrmige Schwinge 10 ist aus einem plattenformigen Ba- sistrager 11 herausgearbeitet, der zur Montage der gesamten La- servorrichtung, beispielsweise gemäß Fig. l, dient. Demgemäß sind in Fig. 3 die Linse 3, die beiden Laserspiegel M2 und M1, die beiden Endspiegel M3 und OC sowie der Laserkristall 5 auf dem Basistrager 11 montiert gezeigt. Dabei ist der vorstehend anhand der Fig. 1 erlauterte X-gefaltete Vier-Spiegel-Laserresonator 4 gebildet.

Zur Verstellung des Halters mit dem Laserkristall 5 gemaß Doppelpfeil 7 ist eine Stellspindel 12 vorgesehen, die sich in einem festen Lager 13 auf der Basisplatte 11 abstützt und an einem in ahnlicher Weise wie die Z-fõrmige Schwinge 10 aus dem Basistrager 11 herausgearbeiteten, parallel verstellbaren, in Draufsicht allgemein U-förmigen Tragelement 14 angreift, wie in Fig. 3 bei 15 schematisch veranschaulicht ist. In ahnlicher Weise greift eine Stellspindel 16 an einem Tragelement 17 für die Linse 3 bei 18 an, um so eine Parallelverschiebung gemãß Doppel- pfeil 8 zu ermöglichen.

Die beiden Tragelemente 14,17 ergeben sich hinsichtlich ihrer Ausbildung und Anordnung ebenso wie die Z-fõrmige Schwinge 10 deutlicher aus der Draufsicht gemäß Fig. 4.

Im plattenförmigen Basisträger 11 sind, um die Z-fõrmige Schwinge 10 zu erhalten, zwei in ihrem Verlauf aus Fig. 4 er- sichtliche schlitzförmige Durchbrechungen 19,20 angebracht, wobei zwischen diesen Durchbrechungen 19,20 donne Material- bereiche oder-stege 21,22 bzw. 23,24 belassen sind, um da- durch Filmscharnier-Gelenke mit Gelenkachsen senkrecht zu der Zeichenebene zu bilden. Die einen Materialbereiche 21,22 ver- binden die beiden äußeren Querarme 25,26 der Z-fõrmigen Schwinge 10 mit dem ubrigen plattenförmigen Basisträger 11, wo- gegen die anderen Materialbereiche 23,24 jeweils einen der Querarme 25,26 mit dem mittigen, schwingenden Langsarm 27 der Z-fõrmigen Schwinge 10 verbinden.

In ahnlicher Weise sind auch die Tragelemente 14,17 durch schlitzförmige Durchbrechungen 28,29 bzw. 30,31 definiert, wobei in vergleichbarer Weise dunne Materialstege bei 32,33 ; 34,35 bzw. 36,37 ; 38,39 zur Bildung von Filmscharnier-Gelen- ken belassen sind. Dadurch können diese Tragelemente 14,17 in Richtung der Doppelpfeile 7 bzw. 8 in Fig. l bis 3 mit Hilfe der Spindeln 12 bzw. 16 verstellt werden, wobei es allerdings auch zz einem geringfugigen Versatz quer dazu kommt, der aber bei der vorliegenden Anwendung nicht weiter störend ist.

Von Bedeutung ist jedoch, dass mit Hilfe der Z-fõrmigen Schwinge 10 der Fokussierspiegel M1 derart verstellt werden kann, dass sein Fokuspunkt F bzw. F'bei einer Verstellung, etwa um die Grole A, vgl. Fig. 5, auf ein und derselben Linie 40 ver- stellt wird, die in Fig. 5 strichpunktiert eingezeichnet ist. In Fig. 5 ist dabei mit vollen Linien die Ausgangslage der nur sche- matisch mit Geraden angedeuteten Z-fõrmigen Schwinge 10 und mit strichlierten Linien bei 10'die dazu verstellte Lage veran- schaulicht.

Zur Verstellung ist in entsprechender Weise eine Verstell- spindel 41 an der Basisplatte 11 gelagert, die bei 42 an einem Halter fur den Fokussierspiegel M1 angreift, s. Fig. 3.

In Fig. 5 ist für den Fokussierspiegel M1, der eine sphari- sche Spiegelflache 43 hat, auch der zugehörige Krummungskreis 44 veranschaulicht, und dabei ist ersichtlich, dass in der Drauf- sicht gemãß Fig. 5 der Krümmungsmittelpunkt M der sphärischen Spiegelflache 43 des Fokussierspiegels M1, d. h. der Mittelpunkt des Kreises 44, mit dem Mittelpunkt (= Drehpunkt) des Längsarmes 27 der Z-fõrmigen Schwinge 10 (oder genauer mit der senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 5 durch diesen Mittelpunkt verlaufenden Achse) zusammenfällt ; der Mittelpunkt M des Kreises 44 soll da- bei auch auf der Winkelhalbierenden 46 zwischen dem einfallenden Strahl dl und der Linie 40, entlang der sich der Fokus F ver- schiebt, liegen.

Das Zusammenfallen der Mittelpunkte M ist von Bedeutung, da dadurch erreicht wird, dass bei einem Verstellen der Z-fõrmigen Schwinge 10, wobei deren Langsarm 27 in der Darstellung in Fig. 5 beispielsweise nach rechts verschoben sowie gleichzeitig um seine sich verschiebende Mittelachse M verschwenkt wird der Fokussierspiegel M1 bei der Langsverschiebung und Verdrehung mitgenommen wird ; da der Fokussierspiegel M1 aber um den langs- verschobenen Mittelpunkt M verdreht wird, hat dies keine nach- teiligen Auswirkungen auf den zu fokussierenden Laserstrahl, vgl. dl bzw. 9, da aufgrund der sphärischen Ausbildung der Spiegelflache 43 der Fokuspunkt F bzw. F'auf der genannten Linie 40 bleibt, die dem Laserstrahl-Vorlauf 9 in Fig. l und 2 entspricht. In diesem Fokuspunkt F bzw. F'ist der Bauteil ange- bracht, auf den zu fokussieren ist, im vorliegenden Beispiel also der Laserkristall 5, wobei ersichtlich ist, das der Fokus- punkt F bzw. F entsprechend der Verschiebung A exakt auf den vorgegebenen Ort des Laserkristalls 5 einjustiert bzw. der Abstand zwischen den Laserspiegeln M1, M2 verändert werden kann, um die Stabilitatsbereiche des Lasers einzustellen.

Der Laserstrahl-Arm dl wird bei dieser Justierung, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, etwas parallel zu seinem Langsverlauf versetzt, s. dl'in Fig. 5, jedoch spielt dieser Parallelversatz keine Rolle, da der zugehörige Endspiegel M3 ein ebener Spiegel ist, der nur genügend groS sein muss, um trotz dieses Parallel- versatzes des Laserstrahls den Laserstrahl dl in sich zuruck- reflektieren zu können.

Mit der insbesondere aus Fig. 3 ersichtlichen Bauweise der Laservorrichtung, unter Anordnung der verschiedenen Bauteile auf dem Basistrager 11 und des justierbaren Fokussierspiegels M1 auf der aus diesem Basisträger 11 herausgearbeiteten Z-fõrmigen Schwinge 10, wird eine außerordentlich kompakte, stabile, robus- te Einrichtung erhalten, wobei sich die Träger-Ausbildung auch fur eine Massenfertigung eignet. Der plattenförmige Basistrager 11 kann aus Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen, und er kann eine Dicke von ca. 15 mm aufweisen. Bei der Herstellung wird von einer entsprechenden Metallplatte mit einer Starie von beispielsweise 20 mm ausgegangen, in der Nuten bis in eine Tiefe von ca. 15 mm, entsprechend den verschiedenen Durchbrechungen 19,20 sowie 28,29,30,31, eingearbeitet, ins- besondere gefrast, werden. Danach wird die restliche Dicke der Platte, hier also von 5 mm, abgeschliffen, so dass der Basis- rager 11 mit den uber seine ganze Dicke hindurchgehenden Durch- brechungen verbleibt. Dadurch wird der Beweglichkeit der Trag- elemente 14,17 bzw. der Z-formigen Schwinge 10 unter elasti- scher Verformung der verbleibenden dünnen Materialbereiche sichergestellt.

Selbstverstandlich sind auch gewisse Abweichungen von den vorstehend erlauterten Anordnungen und Ausrichtungen zulassig, wie etwa eine geringfügige Abweichung des Krümmungsmittelpunktes M der Spiegelflache 43 von der durch die Mitte des Längsarmes 27 der Z-fõrmigen Schwinge 10 verlaufenden Achse ; auch können die beiden Querarme 25,26 etwas voneinander verschiedene Langez haben. Der Längsarm 27 der Z-fõrmigen Schwinge 10 muss nicht geradlinig sein, wie im Schema gemäß Fig. 5 dargestellt, sondern er kann auch in Draufsicht gekröpft sein, wie dies in Fig. 4 bei 45 ersichtlich ist. Dadurch ist die Unterbringung des Laserkris- talls 5 im Weg des fokussierten Laserstrahls 9 zwischen den Fokussierspiegeln M1 und M2 leichter möglich.