DE19716604A1

DE19716604A1 - Lens system for coupling high power laser diode beam to optical waveguide

Info

Publication number: DE19716604A1
Application number: DE1997116604
Authority: DE
Inventors: Stefan Heinemann; Ulrich Roellig; Falk Doerfel
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik AG
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-10-22

Abstract

The lens system consists of a cylindrical lens and further optical elements which couple the laser beams emanating from the active zones into an optical waveguide. The optical elements are spherical lenses (2) provided in the same quantities as the active zones and can be directly attached to the cylindrical lenses (1). A high power laser diode has several active zones of defined width and length arranged with respect to each other with a defined pitch in the direction of the pn-transition.

Description

Die Erfindung betrifft ein kompaktes miniaturisiertes Linsensystem zur Kollimierung und Fokussierung der Laserstrahlung von Hochleistungslaserdioden zum Zweck der Strahleinkopplung in optische Wellenleiter, insbesondere Lichtleitfasern.The invention relates to a compact miniaturized lens system for collimation and focusing the laser radiation from high-power laser diodes for the purpose of Beam coupling into optical waveguides, in particular optical fibers.

Hochleistungslaserdioden mit einer Ausgangsleistung größer gleich 1 W Dauerstrich sind nach dem Stand der Technik Kantenemitter, d. h. die Laserstrahlung tritt an einer Stirnfläche des Halbleiters aus. Des weiteren sind die intrinsischen Strukturen des Halbleiters auf maximale Effizienz hin optimiert worden, was bedingt, daß die emittierende Fläche einer Hochleistungslaserdiode im allgemeinen aus mehreren sogenannten aktiven Zonen besteht. Array-Strukturen mit etwa 4 µm breiten aktiven Zonen mit einem Rastermaß von 10 µm sind ebenso typische Vertreter, wie Breitstreifen-Anordnungen, bei denen die aktive Zone ca. 50 µm breit ist. Verschiedene dieser Anordnungen werden gewählt, um Kantenemitter hoher Dauerstrichleistung zu realisieren. Alle Strukturen weisen jedoch eine Höhe der aktiven Zone von etwa 1 µm auf. Bedingt durch die unterschiedlichen Abmessungen der aktiven Zone ergibt sich ein asymmetrisches Strahlprofil der Hochleistungslaserdioden. In der Richtung senkrecht zum pn-Übergang ist die Laserstrahlung wegen der geringen Höhe des Laserresonators beugungsbegrenzt und weist typische Divergenzen von 50° (FWHM) auf. Parallel zum pn-Übergang ist die Laserstrahlung nicht beugungsbegrenzt und deren räumliche Verteilung wird durch die innere Struktur des Halbleiters bestimmt. Allgemein zeigt sich in dieser Richtung eine typische Divergenz von 20° (FWHM).High-power laser diodes with an output power greater than or equal to 1 W continuous wave are edge emitters according to the prior art, i. H. the laser radiation appears an end face of the semiconductor. Furthermore, the intrinsic structures of the semiconductor have been optimized for maximum efficiency, which means that the emitting area of a high power laser diode generally of several so-called active zones. Array structures with a width of approximately 4 µm active zones with a pitch of 10 µm are typical representatives, too Wide strip arrangements in which the active zone is approximately 50 µm wide. Various of these arrangements are chosen to make edge emitters higher Realize continuous wave performance. However, all structures have a height of active zone of about 1 µm. Due to the different The dimensions of the active zone result in an asymmetrical beam profile High power laser diodes. In the direction perpendicular to the pn junction is the Laser radiation diffraction limited due to the low height of the laser resonator and has typical divergences of 50 ° (FWHM). Is parallel to the pn junction the laser radiation is not diffraction limited and its spatial distribution becomes determined by the internal structure of the semiconductor. General shows in this Towards a typical divergence of 20 ° (FWHM).

Neben dem asymmetrischen Strahlprofil ergibt sich das Problem unterschiedlicher Breiten der Hochleistungslaserdioden. So weisen Hochleistungslaserdioden mit bis zu 3 W optischer Dauerstrichleistung typische Breiten von 400 µm auf, während bei 10 W Dauerstrichleistung oder mehr die Breiten bei etwa 10 mm liegen.In addition to the asymmetrical beam profile, the problem arises differently Widths of the high-power laser diodes. High-power laser diodes have up to to 3 W optical continuous wave power typical widths of 400 µm, while at 10 W continuous wave power or more the widths are about 10 mm.

Die optische Kopplung von Hochleistungslaserdioden in Lichtleitfasern oder auch andere Wellenleiter stellt nach dem Stand der Technik erhebliche Anforderungen in die Fertigung der Linsen oder Linsensysteme sowie die mechanische Justage des Linsensystems an sich. Typische Toleranzen in der Justage liegen im Bereich um einige µm. Ebenso groß sind die Anforderungen bei der Justage der Komponenten Hochleistungslaserdiode, Linse oder Linsensystem und Wellenleiter. The optical coupling of high-power laser diodes in optical fibers or other waveguides place considerable demands on the state of the art the manufacture of the lenses or lens systems and the mechanical adjustment of the Lens system itself. Typical tolerances in the adjustment are around a few µm. The requirements for adjusting the components are just as great High power laser diode, lens or lens system and waveguide.

Nach dem Stand der Technik werden zur Einkopplung der Laserstrahlung von Kantenemittern hoher Leistung in Glasfasern Glasstäbe mit typischen Durchmessern von 100 µm (Patentanmeldung EP 0486175 A2) verwendet, die quer über die emittierende Fläche der Hochleistungslaserdiode justiert werden. Die große Divergenz wird hierbei soweit erniedrigt, daß sie mit der kleinen Divergenz in etwa übereinstimmt. Jedes einzelne Array oder jede einzelne aktive breite Zone werden hierbei in je eine Faser eingekoppelt. Das sogenannte Faserarray wird anschließend zu einer Faser zusammengeführt. Nachteil dieser Anordnung sind die engen Toleranzen in der Justage und die aufwendige Fertigung.According to the prior art, for coupling the laser radiation from High-performance edge emitters in glass fibers Glass rods with typical diameters of 100 microns (patent application EP 0486175 A2) used across the emitting area of the high-power laser diode can be adjusted. The size Divergence is reduced to such an extent that it approximates with the small divergence matches. Every single array or every single active broad zone coupled into one fiber each. The so-called fiber array is then merged into one fiber. The disadvantage of this arrangement is the narrow Tolerances in the adjustment and the complex production.

In der DE 44 38 368 ist eine Anordnung zur Formung und Führung der Laserstrahlung von Kantenemittern mittels einer Reflexionsoptik beschrieben. Jeder emittierenden Fläche ist mindestens eine Reflexionsfläche nachgeordnet, wobei die Reflexionsflächen zueinander in Ebenen angeordnet sind, die einen Versatz zueinander aufweisen, welcher sequentiell der Reihenfolge der Emissionsflächen des Kantenemitters entspricht. Durch eine entsprechende Neigung der Reflexionsflächen zum jeweils einfallenden Strahl können die Strahlquerschnitte so angenähert werden, daß sie dicht nebeneinander liegen. Vorteilhafterweise bilden die Reflexionsflächen einen treppenartigen Spiegel oder stellen ein Bündel von Wellenleitern mit einem sich in Strahlrichtung öffnenden Keilwinkel dar. Die Struktur des Kantenemitters und die Geometrie des gewünschten resultierenden Strahlungsfeldes ist maßgeblich für die Relativlage der Reflexionsflächen zueinander und die Gestaltung einer speziell angefertigten Reflexionsoptik, die eines hohen Fertigungsaufwandes bedarf. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung liegt in den hohen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und Justagetoleranzen.DE 44 38 368 describes an arrangement for shaping and guiding the Laser radiation from edge emitters described by means of reflection optics. Everyone emitting surface is followed by at least one reflection surface, the Reflecting surfaces are arranged in planes that are offset from one another to each other, which sequentially the order of the emission areas of the Edge emitter corresponds. By a corresponding inclination of the reflection surfaces the beam cross sections can thus be approximated to the incident beam that they are close together. Advantageously, the Reflective surfaces a stair-like mirror or make up a bundle of Waveguides with a wedge angle that opens in the beam direction Structure of the edge emitter and the geometry of the desired resultant The radiation field is decisive for the relative position of the reflection surfaces to one another and the design of a specially designed reflection optics, that of a high Manufacturing effort required. Another disadvantage of such an arrangement is in the high demands on manufacturing accuracy and adjustment tolerances.

Eine weitere Möglichkeit zur Zusammenführung von Laserstrahlung ergibt sich durch die Vielfachreflexion zwischen zwei planparallelen Platten, wie in WO 95/15510 beschrieben.Another possibility for combining laser radiation arises due to the multiple reflection between two plane-parallel plates, as in WO 95/15510.

Ebenso wie in der Lösung nach DE 44 38 368 ist hier wegen der langen optischen Wege eine sehr gute Kollimierung der Laserstrahlung unmittelbar nach Austritt aus dem Diodenlaser unerläßlich. Dies bedingt hochpräzise gefertigte Kollimierungslinsen, welche im sub-Mikrometerbereich montiert werden müssen.Just like in the solution according to DE 44 38 368 is here because of the long optical A very good collimation of the laser radiation immediately after emergence indispensable to the diode laser. This requires high-precision manufactured Collimation lenses, which must be mounted in the sub-micrometer range.

In der EP 0 484 276 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher die Laserstrahlung eines jeden Emitters mittels eines Strahldrehelementes um 90° gedreht wird. Dem Strahldrehelement, welches vorzugsweise aus einer Vielzahl von Umkehrprismen gebildet wird, ist eine Zylinderlinse vor- und eine Zylinderlinse nachgeordnet, so daß parallele Strahlenbündel erzeugt werden, welche mit einer sphärischen Linse fokussiert werden. Auch diese Vorrichtung bedarf eines hohen Fertigungs- und Justageaufwandes.EP 0 484 276 A1 describes a device in which the Laser radiation from each emitter by means of a beam rotating element through 90 ° is rotated. The beam rotating element, which preferably consists of a variety of Reverse prisms is formed, a cylindrical lens is forward and a cylindrical lens downstream, so that parallel beams are generated, which with a spherical lens. This device also requires a high level Manufacturing and adjustment effort.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem zur Einkopplung der Laserstrahlung einer Hochleistungslaserdiode, speziell eines Kantenemitters in Wellenleitern zu schaffen, das aus einfach herstellbaren, preiswerten optischen Elementen besteht und damit für die Massenfertigung geeignet ist. Darüber hinaus soll das Linsensystem mit möglichst geringem Justageaufwand zwischen der Hochleistungslaserdiode und den Wellenleitern funktionsgerecht plaziert werden können.The invention was based on the object, a lens system for coupling the Laser radiation from a high power laser diode, especially an edge emitter in To create waveguides that are easy to manufacture, inexpensive optical Elements exist and is therefore suitable for mass production. Furthermore should the lens system with the least possible adjustment effort between the High-performance laser diode and the waveguides are placed in a functional manner can.

Diese Aufgabe wird für ein erfindungsgemäßes Linsensystem im wesentlichen dadurch gelöst, daß als optische Elemente einfache Kugellinsen verwendet werden, welche mit einer Zylinderlinse mittelbar fest in Verbindung stehen, so daß das Linsensystem als kompakte Einheit und mit großer Toleranz zu den Wellenleitern justiert werden kann. Abgestimmt auf die Anzahl und die Abmaße der aktiven Zonen der verwendeten Hochleistungslaserdiode sind die Kugellinsen im Linsensystem in Richtung der aktiven Zonen angeordnet und die Eintrittsflächen der Wellenleiter diesen entsprechend nachgeordnet.This object becomes essential for a lens system according to the invention solved in that simple spherical lenses are used as optical elements, which are indirectly firmly connected with a cylindrical lens, so that the Lens system as a compact unit and with great tolerance to the waveguides can be adjusted. Tailored to the number and dimensions of the active ones Zones of the high-power laser diode used are the spherical lenses in the Lens system arranged in the direction of the active zones and the entry surfaces of the Waveguide subordinate to this.

Die Erfindung soll nachfolgend durch zwei Ausführungsbeispiele an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Da die Laserstrahlung von den einzelnen aktiven Zonen über das Linsensystem hin zum jeweils zugeordneten optischen Wellenleiter unbeeinflußt zueinander und identisch verläuft, wird der Übersichtlichkeit halber in den Zeichnungen die Darstellung des Optikschemas auf den Teil eines erfindungsgemäßen Linsensystems zwischen nur einer aktiven Zone und einen Wellenleiter beschränkt.The invention is intended to be described in the following by means of two exemplary embodiments Drawings are explained in more detail. Because the laser radiation from the individual active zones over the lens system towards the respectively assigned optical Unaffected by each other and identical, the For the sake of clarity, the illustration of the optical scheme is shown in the drawings the part of a lens system according to the invention between only one active zone and confined a waveguide.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 das Optikteilschema eines ersten erfindungsgemäßen Linsensystems, wobei die Richtung des pn-Übergangs der aktiven Zonen einer nicht dargestellten Hochleistungslaserdiode senkrecht zur Zeichenebene verläuft, Fig. 1 extends, the optical member diagram of a first lens system according to the invention, wherein the direction of the pn junction of the active zones of a high power laser diode, not shown, perpendicular to the plane,

Fig. 2 das Optikteilschema eines ersten erfindungsgemäßen Linsensystems gemäß Fig. 1, wobei die Richtung des pn-Übergangs in der Zeichenebene liegt, Fig. 2, the optical member diagram of a first lens system of the invention according to FIG. 1, the direction of the pn junction in the drawing plane is located,

Fig. 3 den Querschnitt der Laserstrahlung einer aktiven Zone nach der Formung über ein erstes erfindungsgemäßes Linsensystem nach Fig. 1 und 2 unmittelbar vor der Eintrittsfläche einer Lichtleitfaser, Fig. 3 shows the cross section of the laser radiation an active zone after forming a first inventive lens system according to Fig. 1 and 2, immediately before the entrance face of an optical fiber

Fig. 4 das Optikteilschema eines zweiten erfindungsgemäßen Linsensystems, wobei die Richtung des pn-Übergangs der aktiven Zonen einer nicht dargestellten Hochleistungslaserdiode senkrecht zur Zeichenebene verläuft, Fig. 4, the optical schematic of a portion of the second lens system according to the invention, wherein the direction of the pn junction of the active zones of a high power laser diode, not shown, perpendicular to the drawing plane,

Fig. 5 das Optikteilschema eines zweiten erfindungsgemäßen Linsensystems gemäß Fig. 4, wobei die Richtung des pn-Übergangs in der Zeichenebene liegt FIG. 5 shows the optical part diagram of a second lens system according to the invention according to FIG. 4, the direction of the pn junction being in the plane of the drawing

Fig. 6 den Querschnitt der Laserstrahlung einer aktiven Zone nach der Formung über ein zweites erfindungsgemäßes Linsensystem gemäß Fig. 4 und 5 unmittelbar vor der Eintrittsfläche einer Lichtleitfaser. Fig. 6 shows the cross section of the laser radiation an active zone after forming a second inventive lens system according to Fig. 4 and 5 immediately prior to the entry surface of an optical fiber.

Die beiden Ausführungsbeispiele werden in Laserstrahlungsrichtung, beginnend mit dem Strahlungsaustritt aus einer aktiven Zone einer Hochleistungslaserdiode hin zur Eintrittsfläche eines optischen Wellenleiters beschrieben. Als optische Wellenleiter sollen in den Ausführungsbeispielen Lichtleitfasern 4 verwendet werden.The two exemplary embodiments are described in the laser radiation direction, starting with the radiation exit from an active zone of a high-power laser diode, up to the entry surface of an optical waveguide. Optical fibers 4 are to be used as optical waveguides in the exemplary embodiments.

Die Strahlungsemission erfolgt wie eingangs der Beschreibung erläutert, mit unterschiedlicher Divergenz in Richtung und senkrecht zur Richtung des pn-Übergangs der emittierenden aktiven Zone.The radiation emission takes place with, as explained at the beginning of the description different divergence in the direction and perpendicular to the direction of the pn junction of the emitting active zone.

Im ersten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfindungsgemäße Linsensystem eine Zylinderlinse 1, eine planparallele Platte 3, und Kugellinsen 2, die in der Anzahl und dem Durchmesser auf die Anzahl, die Breite und das Rastermaß der aktiven Zonen der Hochleistungslaserdiode abgestimmt sind.In the first embodiment, the lens system according to the invention comprises a cylindrical lens 1 , a plane-parallel plate 3 , and spherical lenses 2 , the number and diameter of which are matched to the number, width and pitch of the active zones of the high-power laser diode.

Die Zylinderlinse 1, die planparallele Platte 3 und die Kugellinsen 2 werden bei der Montage des Linsensystems fest miteinander verbunden, so daß ein kompaktes System entsteht, welches als eine Einheit zwischen die Hochleistungslaserdiode und die Lichtleitfasern 4 eingebracht wird. The cylindrical lens 1 , the plane-parallel plate 3 and the spherical lenses 2 are firmly connected to one another during assembly of the lens system, so that a compact system is created which is introduced as a unit between the high-power laser diode and the optical fibers 4 .

Von der Hochleistungslaserdiode ausgehend wird das Linsensystem dieser so vorgeordnet, daß die Zylinderlinse 1 in Richtung senkrecht zum pn-Übergang der aktiven Zonen ausgerichtet ist. Die Zylinderlinse 1 kann als herkömmliche Zylinderlinse gemäß dem Stand der Technik oder als Glasfaser ausgeführt sein. Typische Durchmesser betragen 60 µm und der Abstand zur emittierenden Zone 3 µm. Die Justage der Zylinderlinse 1 zur Hochleistungslaserdiode muß mit Toleranzen von 1 µm durchgeführt werden, was dem Stand der Technik entspricht.Starting from the high-power laser diode, the lens system is arranged in front of it in such a way that the cylindrical lens 1 is oriented in the direction perpendicular to the pn junction of the active zones. The cylindrical lens 1 can be designed as a conventional cylindrical lens according to the prior art or as a glass fiber. Typical diameters are 60 µm and the distance to the emitting zone is 3 µm. The adjustment of the cylindrical lens 1 to the high-power laser diode must be carried out with tolerances of 1 µm, which corresponds to the prior art.

Über einen Klebstoff mit einem Brechungsindex nahe 1 ist die planparallele Platte 3 mit der Zylinderlinse 1 verbunden. Diese planparallele Platte 3 kann beispielsweise eine Dicke von 100 µm aufweisen. Sie dient einerseits als mechanisches Bindeglied zwischen der Zylinderlinse 1 und den Kugellinsen 2 und verlängert andererseits den optischen Weg der über die Zylinderlinse 1 fokussierten Laserstrahlung und verkleinert damit deren Winkel. Die Kugellinsen 2 sind an der Platte 3 mit einem Klebstoff befestigt, dessen Brechungsindex an den der Kugellinsen 2 angepaßt ist. In die Platte 3 können vorteilhafterweise beidseitig entsprechende Vertiefungen mittels Ätzen, Sägen oder anderen Verfahren eingebracht sein, die zur Aufnahme der Zylinderlinse 1 und/oder der Kugellinsen 2 dienen. Auf diese Weise wird eine einfache und präzise Montage ermöglicht, wenn die Strukturierung genau genug ist, d. h. auf 1 µm bis 2 µm. Das gesamte Linsensystem wird nach der Justage vergossen, so daß sich eine kompakte quasimonolithische Einheit ergibt.The plane-parallel plate 3 is connected to the cylindrical lens 1 by means of an adhesive with a refractive index close to 1. This plane-parallel plate 3 can have a thickness of 100 μm, for example. On the one hand, it serves as a mechanical link between the cylindrical lens 1 and the spherical lenses 2 and, on the other hand, it extends the optical path of the laser radiation focused via the cylindrical lens 1 and thus reduces its angle. The ball lenses 2 are attached to the plate 3 with an adhesive whose refractive index is matched to that of the ball lenses 2 . Corresponding depressions can advantageously be introduced into the plate 3 on both sides by means of etching, sawing or other processes which serve to receive the cylindrical lens 1 and / or the ball lenses 2 . In this way, simple and precise assembly is possible if the structuring is precise enough, that is to say 1 µm to 2 µm. The entire lens system is cast after the adjustment, so that a compact quasi-monolithic unit results.

Die planparallele Platte 3 zwischen der Zylinderlinse 1 und den Kugellinsen 2 ist nicht zwingend Bestandteil einer erfindungsgemäßen Linsenanordnung, wie ein zweites Ausführungsbeispiel zeigen soll.The plane-parallel plate 3 between the cylindrical lens 1 and the spherical lenses 2 is not necessarily part of a lens arrangement according to the invention, as a second exemplary embodiment is intended to show.

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel folgen der Zylinderlinse 1 in einem Abstand von z. B. 20 µm bereits die Kugellinsen 2. Die mechanische Verbindung zwischen der Zylinderlinse 1 und den Kugellinsen 2 wird hier über einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Optikträger realisiert. Dieser Optikträger kann, da er keine optische Funktion hat, aus beliebigem, entsprechend formstabilen, gut bearbeitbarem Material guter Wärmeleitung sein. Als besonders geeignet bietet sich Silizium an, da es sich ätztechnisch sehr genau dreidimensional strukturieren läßt, so daß die geforderten Toleranzen von 1 µm bis 2 µm realisierbar sind. Die Wärmeleitung von Silizium ist so gut, daß optische Verluste der Kopplung effizient vorn Linsensystem abgeleitet werden. Des weiteren ist Silizium prädestiniert für die Massenfertigung. In this second embodiment follow the cylindrical lens 1 at a distance of z. B. 20 microns already the ball lenses 2nd The mechanical connection between the cylindrical lens 1 and the spherical lenses 2 is realized here via an optics carrier, not shown in the drawings. Since it has no optical function, this optics carrier can be made from any correspondingly dimensionally stable, easily workable material with good heat conduction. Silicon is particularly suitable because it can be structured very precisely in three dimensions using etching technology, so that the required tolerances of 1 µm to 2 µm can be achieved. The heat conduction of silicon is so good that optical losses of the coupling are efficiently dissipated from the lens system. Silicon is also predestined for mass production.

Beiden Ausführungsbeispielen gemein sind die Kugellinsen 2. Diese dienen der Fokussierung der Laserstrahlung in beiden Raumrichtungen. Ausgehend von dem intrinsischen Aufbau der Hochleistungslaserdiode und den mechanische Toleranzen wird die Brechkraft der Kugellinse 2 durch die Wahl des Materials, des Durchmessers und der numerischen Apertur der Lichtleitfaser angepaßt. In beiden Ausführungsbeispielen soll das Linsensystem für Lichtleitfasern mit einem Außendurchmesser von 88 µm und einer Hochleistungslaserdiode ausgelegt sein, mit 48 emittierenden Zonen von 60 µm Breite, die in einem Rastermaß von 200 µm auf eine gesamte Breite von 9,6 mm nebeneinander angeordnet sind. Der Durchmesser der Kugellinsen 2 wird deshalb zu 200 µm gewählt, um die Justage zu vereinfachen. Als Material wird Quarzglas mit einem Brechungsindex von 1,46 gewählt. Ausgehend von einem halben Divergenzwinkel von 37,5° in der Richtung senkrecht zum pn-Übergang, einem Abstand zwischen Hochleistungslaserdiode und Zylinderlinse 1 von 3 µm und einem Abstand zwischen Zylinderlinse 1 und Kugellinsen 2 von 100 µm (mit planparalleler Platte 3, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. 20 µm (ohne planparallele Platte 3), gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Fokussierungswinkel von 8,16° bzw. 7,75° in dieser Ebene erreicht. In der Ebene des pn-Übergangs wird für eine Laserstrahlung mit dem halben Divergenzwinkel von 7,5° mit den genannten Geometrien des Linsensystems ein Fokussierwinkel von 1,37° bzw. 0,34° realisiert.The spherical lenses 2 are common to both exemplary embodiments. These serve to focus the laser radiation in both directions. Based on the intrinsic structure of the high-power laser diode and the mechanical tolerances, the refractive power of the spherical lens 2 is adjusted by the choice of the material, the diameter and the numerical aperture of the optical fiber. In both exemplary embodiments, the lens system should be designed for optical fibers with an outer diameter of 88 μm and a high-power laser diode, with 48 emitting zones 60 μm wide, which are arranged next to one another in a grid dimension of 200 μm over a total width of 9.6 mm. The diameter of the ball lenses 2 is therefore chosen to be 200 μm in order to simplify the adjustment. Quartz glass with a refractive index of 1.46 is chosen as the material. Starting from a half divergence angle of 37.5 ° in the direction perpendicular to the pn junction, a distance between high-power laser diode and cylindrical lens 1 of 3 µm and a distance between cylindrical lens 1 and spherical lenses 2 of 100 µm (with plane-parallel plate 3 , according to the first Embodiment or 20 microns (without plane-parallel plate 3 ), according to the second embodiment, a focusing angle of 8.16 ° or 7.75 ° is achieved in this plane in the plane of the pn junction for a laser radiation with half the divergence angle of 7.5 ° with the geometries of the lens system mentioned, a focusing angle of 1.37 ° or 0.34 °.

Mit einem Linsensystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich bei einem Abstand der Eintrittsfläche der Lichtleitfasern 4 zu den Kugellinsen 2 von 250 µm auf der Eintrittsfläche eine rechteckig beleuchtete Fläche mit den Kantenlängen von 29 µm in der Richtung senkrecht zum pn-Übergang und 52 µm in der Richtung parallel zum pn-Übergang.With a lens system according to the first exemplary embodiment, with a distance of 250 μm between the entry surface of the optical fibers 4 and the spherical lenses 2 on the entry surface, a rectangularly illuminated surface with the edge lengths of 29 μm in the direction perpendicular to the pn junction and 52 μm in FIG Direction parallel to the pn junction.

Mit einem Linsensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ergibt sich bei einem Abstand der Eintrittsfläche der Lichtleitfasern 4 zu den Kugellinsen 2 von 100 µm auf der Eintrittsfläche eine rechteckig beleuchtete Fläche mit den Kantenlängen von 29 µm in der Richtung senkrecht zum pn-Übergang und 40 µm in der Richtung parallel zum pn-Übergang.With a lens system according to the second exemplary embodiment, at a distance of 100 μm from the entry surface of the optical fibers 4 to the spherical lenses 2 on the entry surface, a rectangularly illuminated surface with the edge lengths of 29 μm in the direction perpendicular to the pn junction and 40 μm in FIG Direction parallel to the pn junction.

Wird der Abstand zwischen der Hochleistungslaserdiode und der Zylinderlinse 1 vergrößert, so kann eine weitere Reduzierung der Größe der beleuchteten Fläche erreicht werden. Wird der Abstand verkleinert, so werden die Fokussierungswinkel ebenfalls verkleinert. Ebenfalls weist die beleuchtete Fläche ein vom Abstand der Lichtleitfasern 4 zu den Kugellinsen 2 abhängiges Kantenverhältnis auf. Wird auf die planparallele Platte 3 verzichtet, so kann bei einem bestimmten Abstand von Kugellinsen 2 und Lichtleitfasern 4 eine quadratisch beleuchtete Fläche realisiert werden.If the distance between the high-power laser diode and the cylindrical lens 1 is increased, a further reduction in the size of the illuminated area can be achieved. If the distance is reduced, the focusing angles are also reduced. The illuminated surface also has an edge ratio which is dependent on the distance of the optical fibers 4 from the spherical lenses 2 . If the plane-parallel plate 3 is dispensed with, a square-illuminated area can be realized at a certain distance from the spherical lenses 2 and the optical fibers 4 .

Die Fokussierungswinkel unterschieden sich in den beiden Raumrichtungen um ein Vielfaches (in den Ausführungsbeispielen um 23 bzw. 8), was jedoch für die Faserkopplung erstrebenswert ist. Der starke Astigmatismus und der leicht fokussierende Winkel in der einen Raumrichtung ermöglichen eine Optimimierung der Koppeleffizienz in der dazu senkrechten Raumrichtung. Der Justageaufwand wird dadurch erheblich reduziert.The focusing angles differ by one in the two spatial directions Multiples (in the exemplary embodiments by 23 or 8), but what for the Fiber coupling is desirable. The strong astigmatism and easy focusing angles in one spatial direction enable optimization the coupling efficiency in the direction perpendicular to it. The adjustment effort is significantly reduced.

Claims

1.Lens system for coupling the laser radiation of a high-power laser diode into optical waveguides, the high-power laser diode having a large number of active zones of a certain width and length, which are arranged next to one another in the direction of the pn junction with a certain pitch, and the lens system consists of a cylindrical lens ( 1 ) and other optical elements, each of which couples the laser radiation emitting from the active zones into an optical waveguide, characterized in that the optical elements are spherical lenses ( 2 ), in the same number as the active zones and these indirectly with the cylindrical lens ( 1 ) are firmly connected.

2. Lens system according to claim 1, characterized in that the indirect connection between the cylindrical lens ( 1 ) and the ball lenses ( 2 ) via a plane-parallel plate ( 3 ) is realized, which is optically effective between the cylindrical lens ( 1 ) and the ball lenses ( 2 ) is arranged.

3. Lens system according to claim 1, characterized in that the indirect connection between the cylindrical lens ( 1 ) and the ball lenses ( 2 ) is realized via a common carrier.

4. Lens system according to claim 3, characterized in that the carrier consists of a material with high thermal conductivity, whereby the optical losses when coupling the optically active elements are derived and thus do not lead to heating of the lens system.

5. Lens system according to claim 1, characterized in that the lens system is adapted to the geometric dimensions of the waveguide via the choice of material and the diameter of the spherical lenses ( 2 ).