CN102292663A - 用于使激光辐射均匀化的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于使激光辐射(1)均匀化的设备，包括多个相互错开设置的反射镜元件(6)，要均匀化的激光辐射(1)能在反射镜元件(6)上被反射使得激光辐射被分成数量与反射镜元件(6)的数量相对应的子束(8)，子束通过反射而相互具有光程差；多个透镜元件(4)，为透镜元件中每一个分别分配反射镜元件(6)之一，使得子束(8)中每一个都能穿过透镜元件(4)之一；其中反射镜元件(6)中每一个与分配给这一反射镜元件的透镜元件(4)之间的距离等于各自透镜元件(4)的焦距(f4)。

Description

用于使激光辐射均匀化的设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于使激光辐射均匀化的设备。
背景技术
定义：
在要影响的光的传播方向上是指该光的中间传播方向，尤其是当该光不是平面波时或当该光至少部分是会聚的或发散的。在没有明确的相反说明的情况下，激光束、子束或射束不是指几何光学的理想化的射束，而是指实际的光束，例如射束横截面不是无限小而是延展的具有高斯轮廓的激光束。
欧洲专利申请EP1 489 438 A1公开了一种用于使激光辐射均匀化的设备。其中所介绍的设备包括在辐射的传播方向上前后设置的两个均匀器级。其中这些级中的每一个级都包括在入射面上具有柱面透镜阵列并且在出射面上具有与入射面上的柱面透镜阵列交叉的柱面透镜阵列的基底。通过两级实现方式，激光辐射可以不仅在其空间分布方面、而且在其角度分布方面被均匀化。通过使用交叉的柱面透镜，这可以在两个独立的方向上、例如在作为激光束源的激光二极管线阵(Laserdiodebarren)的情况下对于所述快轴和所谓慢轴进行。级相互之间的距离基本上对应于这两个透镜阵列的焦距。
这样的设备的缺点在于各个子束在工作面中的重叠可能导致干涉效应，而干涉效应可能导致工作面中强度分布的不希望的结构化。
德国专利申请DE 101 48 167 A1公开了开头所提类型的一种设备。对于其中所介绍的设备，要均匀化的光在入射到透镜阵列上之前被阶梯镜(Stufenspiegel)反射，阶梯镜以一定角度设置在该设备中使得从阶梯镜出发的子束具有光程差。如果该光程差大于激光器的相干长度，则由此可以避免产生干扰的干涉效应。
这样的设备的缺点在于：仅仅设置一个用于均匀化的透镜阵列，从而激光只能在其空间分布方面被均匀化，而在其角度分布方面不能被均匀化。这导致发散的激光辐射不能用该设备均匀化。如果在根据DE 10148 167 A1的设备中设置第二透镜阵列，则得到也能对发散的激光辐射进行均匀化的设备。但是，这样的设备相对昂贵地构造，并且会由于多个折射和反射面而具有更大的损耗。
发明内容
本发明要解决的问题是提供开头所提类型的一种设备，该设备能够在简单构造的情况下实现均匀的强度分布。
根据本发明，这是通过具有权利要求1特征性特征的开头所提类型的一种设备来实现。从属权利要求涉及本发明的有利实施方式。
根据权利要求1，每个反射镜元件与对应于该发射镜的透镜元件之间的距离等于相应透镜元件的焦距。以该方式，反射镜元件可以承担现有技术中已知的根据EP 1 489 438 A1的两级均匀器的第一透镜阵列的功能。根据本发明的设备因此也可以对发散的激光辐射均匀化。虽然通过由反射镜元件导致的光程差改善了均匀化，根据本发明的设备需要的部件相对很少。
尤其地，每个发射镜元件用作为用于对应于该反射镜的透镜元件的入射瞳孔(Eintrittspupille)，其中该入射瞳孔具有尖利的侧缘。
反射镜元件例如是阶梯镜的一部分，而透镜元件例如是一体结构的透镜阵列的部分。此外，该设备可以具有用作为傅立叶透镜的透镜，该透镜可以将穿过透镜元件的子束相互重叠。
反射镜元件位于透镜元件的前面的焦平面中。反射镜元件的任务是为透镜元件提供具有尖利侧缘的入射瞳孔。因为透镜元件的前面的焦平面中的每个点负责从透镜元件出射的激光的一定角度，所以前面的焦平面中具有尖利侧缘的场分布导致透镜元件后面同样具有尖利侧缘的角度分布。后面的傅立叶透镜在也可以用作为整个设备的工作面的其后面的焦平面中产生具有尖利侧缘的均匀的强度分布。以该方式，即使在激光辐射在入射到该设备中之前是发散的，通过根据本发明的设备也可以在工作面中产生均匀的分布。由此，根据本发明的具有阶梯镜和透镜阵列的两级结构不同于单级结构，该单级结构包括透镜阵列和傅立叶透镜或在透镜阵列之前不设置在与透镜阵列的焦距对应的距离处的阶梯镜、透镜阵列和傅立叶透镜。借助于单级结构原则上不可能在要均匀化的激光辐射发散的情况下实现具有尖利侧缘的均匀分布。
附图说明
借助于以下参考附图对有利实施例的描述可以清楚地理解本发明的其他特征和优点。附图中：
图1示出了根据本发明的一种设备的第一实施方式的示意性侧视图，
图2示出了根据本发明的一种设备的第二实施方式的示意性侧视图，
图3示出了根据本发明的一种设备的第三实施方式的示意性侧视图。
在附图中，相同的或功能相同的部件或对象具有相同的附图标记。
具体实施方式
根据图1的实施方式在要均匀化的激光辐射1的传播方向上相继地具有阶梯镜2、透镜元件4的阵列3以及以傅立叶布置定位的透镜5。
阶梯镜2具有被阶梯7相互分开的多个进行反射的平面反射镜元件6。通过反射镜元件6，激光辐射1被分成数量与反射镜元件6的数量相对应的子束8。其中，侧面由阶梯7限定的反射镜元件6作为用于激光辐射1的具有尖利侧缘的入射瞳孔。
这尤其有利，因为阶梯7与入射的激光辐射1围成另一角度，在所示实施例中是0°或180°的角度。因此，阶梯不会将激光辐射偏转到阵列3的方向上。
反射镜元件6分别以相对于入射的激光辐射1成45°的角度来取向。由于阶梯7，反射镜元件相互错开使得子束8相互具有光程差。如果激光辐射1的相干长度小于相邻子束8的光程差，则可以避免通过透镜5重叠之后的干涉效应。
存在以下可能性：代替反射镜元件6的平坦的表面设置凹形表面。此外还存在以下可能性：由棱镜阵列实现反射镜元件，在该棱镜阵列中，在各个棱镜中产生全内反射。
在所示实施例中，透镜元件4是柱面透镜，其柱面轴线进入到附图面中。透镜元件4的光轴平行于子束8的传播方向。
每个子束8入射到一个透镜元件4上，从而为每个反射镜元件6分配一个透镜元件4。阵列3的透镜元件4全部都具有相同的焦距f4。反射镜元件6的中点与分配给它的透镜元件4之间的距离等于该焦距f4，使得每个反射镜元件6正好位于相应透镜元件4的前面的焦平面中。
由于透镜元件4的焦距f4相同或由于反射镜元件6的中点与分配给它的透镜元件4之间的距离相同，所以反射镜元件6并排设置的方向平行于透镜元件4并排设置的方向。
存在以下可能性：透镜元件4具有相互不同的焦距。其中必须确保尽管如此，每个透镜元件与分配给其的反射镜元件之间的距离仍然等于相应透镜元件的焦距。在该情形下，各个透镜元件与分配给其的反射镜元件之间的距离各不相同。
以傅立叶布置定位的透镜5将源自透镜元件4的子束8在工作面9中重叠。
根据图2的实施方式与根据图1的实施方式的区别在于：透镜元件4结合为一个一体性的透镜阵列10。透镜阵列10被设置为使得透镜元件4的光轴与子束8的传播方向围成不等于0°或180°的角度。即使在该结构中，每个反射镜元件6也正好位于分配给其的透镜元件4的前面的焦平面中。
这样的结构的缺点在于：透镜阵列10的透镜元件4必须正确地对待子束8，尽管这些子束与透镜元件4的光轴成相对大的角度。在根据图2的设备中，阶梯镜2被设置为使得入射的激光辐射1和反射的子束8相互成90°的角度。这样的结构不是绝对必要的。
在根据图3的实施方式中，入射的激光辐射1和反射的子束8相互构成的角度更小。由此，子束8垂直地入射到透镜阵列10上，从而透镜元件4的光轴可以平行于子束8的传播方向取向。

Claims (15)

1.一种用于使激光辐射(1)均匀化的设备，包括：
多个相互错开设置的反射镜元件(6)，要均匀化的所述激光辐射(1)能够在所述反射镜元件(6)上被反射使得所述激光辐射被分成数量与所述反射镜元件(6)的数量相对应的子束(8)，所述子束通过所述反射而相互具有光程差；
多个透镜元件(4)，为所述多个透镜元件中每一个透镜元件分别分配所述反射镜元件(6)之一，使得所述子束(8)中每一个都能穿过所述透镜元件(4)之一；
其特征在于，所述反射镜元件(6)中每一个反射镜元件与分配给这一个反射镜元件的透镜元件(4)之间的距离等于各自透镜元件(4)的焦距(f4)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反射镜元件(6)中每一个反射镜元件用做为用于分配给这一个反射镜元件(6)的透镜元件(4)的入射瞳孔。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述入射瞳孔具有尖利的侧缘。
4.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述反射镜元件(6)在第一方向上并排地设置。
5.如权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述反射镜元件(6)是阶梯镜(2)的一部分。
6.如权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述反射镜元件(6)构造为单独的反射镜。
7.如权利要求1至6之一所述的设备，其特征在于，所有反射镜元件(6)具有相同的口径。
8.如权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，一个或多个或所有反射镜元件(6)是平坦的。
9.如权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，所述透镜元件(4)在第二方向上并排地设置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述反射镜元件(6)并排设置的所述第一方向平行于所述透镜元件(4)并排设置的第二方向。
11.如权利要求1至10之一所述的设备，其特征在于，所述透镜元件(4)是一体的透镜阵列(10)的一部分。
12.如权利要求1至10之一所述的设备，其特征在于，所述透镜元件(4)构造为单独透镜元件(4)的阵列(3)。
13.如权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所有透镜元件(4)具有相同的焦距(f4)。
14.如权利要求1至13之一所述的设备，其特征在于，所有透镜元件(4)具有相同的口径。
15.如权利要求1至14之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有用作为傅立叶透镜的透镜(5)，所述透镜(5)能将穿过所述透镜元件(4)的子束(8)重叠。
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