DE10004999A1

DE10004999A1 - Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls, dessen Strahlprofil nichtrotationssymmetrisch ausgebildet ist

Info

Publication number: DE10004999A1
Application number: DE10004999A
Authority: DE
Inventors: Stephan Falter; Markus Roehner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-09-27

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls, dessen Strahlprofil nichtrotationssymmetrisch, vorzugsweise annähernd rechteckförmig ausgebildet ist, mit einem lichttransparenten Medium, in das der Lichtstrahl über einen Einkoppelbereich eintritt, in dem die Lichtausbreitung im wesentlichen durch Totalreflexion oder Lichtwellenleitung erfolgt und aus dem der Lichtstrahl über einen Auskoppelbereich austritt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls, dessen Strahlprofil nichtrotationssymmetrisch, vorzugsweise annähernd rechteckförmig ausgebildet ist, mit einem lichttransparenten Medium, in das der Lichtstrahl über einen Einkoppelbereich eintritt, in dem die Lichtausbreitung im wesentlichen durch Totalreflexion oder Lichtwellenleitung erfolgt und aus dem der Lichtstrahl über einen Auskoppelbereich austritt.

Stand der Technik

Lichtquellen, die ein Lichtstrahlenbündel mit nichtrotationssymmetrischen Strahlprofil emittieren sind vorzugsweise Laser, insbesondere Diodenlaser bzw. Hochleistungsdiodenlaser. Derartige Lichtquellen nehmen heutzutage einen festen Platz in nahezu allen modernen industriellen Prozessen ein, da sie hochflexible und schnelle Werkzeuge darstellen, die bzgl. ihrer Leistungsfähigkeit auf eine Vielzahl von Anwendungen maßgeschneidert werden können. Insbesondere Hochleistungslaser für Füge- und Trennverfahren, zum Beschichten oder zum Härten von Werkstücken, finden Anwendung in Produktionsprozessen. Hierbei werden die klassischen Gas- und Festkörperlaser für hohe und mittlere Leistungen in Industrie und Medizin zunehmend abgelöst durch die vorstehend genannten Hochleistungsdiodenlaser, die bei deutlich kompakterer Bauform und erheblich höherem Wirkungsgrad sowie hinreichend langen Lebensdauern ein ausgezeichnetes Preis-Leistungsverhältnis aufweisen.

Nachteilig bei konventionellen Hochleistungsdiodenlaser sind die in der Fig. 2 ersichtlichen Strahlcharakteristika, deren Strahlprofil, wie bei vielen konventionellen Lasersystemen, nicht radialsymmetrisch ausgebildet ist, sondern eine starke Asymmetrie aufweist.

In Fig. 2 ist ein an sich bekannter Diodenlaser schematisiert dargestellt, mit einer lichtemittierenden Halbleiterschicht 1, die auf einem Träger 2 aufgebracht ist und von einer elektrischen Kontaktschicht 3 überdeckt wird.

Der Lichtstrahl 5 eines derartigen Diodenlasers weist im Idealfall, unter Zuhilfenahme einer geeigneten Mikrolinse 4, einen divergenten, elliptisch stark verzerrten Strahlquerschnitt auf, den man zur Vereinfachung annähernd rechteckförmig bezeichnen kann. Die kurze Strahlprofilseite des Lichtstrahls 5 wird aufgrund ihrer ursprünglich, d. h. direkt hinter dem Auskoppelort der Halbleiterschicht 1 starken Divergenz als "fast-axis Richtung" 6 bezeichnet wird, während ihre lange Strahlprofilseite, nur schwach divergent ausgeprägt ist und daher als "slow-axis Richtung" 7 bezeichnet wird.

Neben den unterschiedlichen Abmessungen des Strahlprofils in beiden, vorstehend genannten Richtungen unterscheiden sich zudem die Strahlqualitäten der Laserstrahlung in der slow- 7 und fast-axis 6 signifikant voneinandner.

Während die Laserstrahlung in der fast-axis-Richtung 6 nahezu beugungsbegrenzt ist und eine Strahlqualitätstzahl von etwa M² = 1 besitzt, weist sie in der slow-axis- Richtung 7 eine Strahlqualitätszahl M² von über 1000 auf. Ziel ist es jedoch eine Strahlung mit einer möglichst geringen Strahlqualitätszahl zu erhalten.

Elektromagnetische Strahlung in Form von Laserstrahlung mit derartigen Strahlcharakteristika kann jedoch nicht in konventionellen, rotationssymmetrischen Lichtwellenleiter geführt werden, sodass der Einsatz konventioneller Glas- oder Kunststofffasern aufgrund ihrer Geometrie und wegen der hohen Lichtintensitäten bei den relevanten Wellenlängenbereichen, vorzugweise im optisch sichtbaren Bereich, von Halbleiterlasern nicht zur Anwendung kommen können.

Eine Anordnung zur Formung des geometrischen Querschnittes mehrerer Halbleiterlaser geht beispielsweise aus der WO 97/31284 hervor, bei der linear nebeneinander angeordnet eine Vielzahl einzelner Halbleiterlaser vorgesehen ist. Der von jedem einzelnen Halbleiterlaser emittierte Lichtstrahl wird von jeweils einem Reflexionselement umgelenkt, sodass ein einziger, in einer einheitlichen Richtung propagierender Gesamtlaserstrahl erhalten wird. Die Anordnung dient in erster Linie der additiven Verstärkung eines Halbleiterlaserstrahls durch Überlagerung einzelner Halbleiterlaserstrahlen zu einem lichtintensiven Gesamtstrahl.

Eine ähnliche Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdioden-Arrays ist der DE 44 38 368 A1 zu entnehmen. Aus der WO 95/15510 geht eine Vorrichtung zur Strahlformung eines Lichtstrahls mit vorzugsweise rechteckförmigen Strahlprofil hervor, bei der zwei voneinander beabstandete Glasplatten für eine Vielfachreflexion eines, im Strahlprofil zu formenden Lichtstrahls vorgesehen ist.

Zwar kann dem vorstehenden Stand der Technik entnommen werden, durch welche Maßnahmen die Lichtintensität eines Lichtstrahls mit nichtrotationssymmetrischem Strahlquerschnitt verstärkt und geformt werden kann, doch bleibt nach wie vor ungelöst, einen, im Strahlprofil vorzugsweise rechteckförmig ausgebildeten Lichtstrahl zu führen und diesen getrennt von der Lichtquelle an gewünschten Orten in einer bestimmten Strahlgeometrie austreten zu lassen, um dort bestimmten technischen Einsatzzwecken zu dienen. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist dies mit den konventionellen rotationssymmetrischen Lichtwellenleitern nicht möglich.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls, dessen Strahlprofil nicht rotationssymmetrisch, vorzugsweise annähernd rechteckförmig ausgebildet ist, mit einem lichttransparenten Medium, in das der Lichtstrahl über einen Einkoppelbereich eintritt, in dem die Lichtausbreitung im wesentlichen durch Totalreflexion oder Lichtwellenleitung erfolgt und aus dem der Lichtstrahl über einen Auskoppelbereich austritt, derart anzugeben, dass die mit der Lichtführung verbundenen Leistungsverluste sehr klein sein sollen, d. h. kleiner 0,1% pro Meter betragen sollen. Die Vorrichtung soll überdies eine Strahlformung des nichtrotationssymmetrischen Strahlprofils ermöglichen, so dass dessen Strahlqualität hinsichtlich Homogenität und Divergenz in den einzelnen senkrecht zueinander stehenden Achsen verbessert werden kann. Die Vorrichtung soll überdies Möglichkeiten bieten, eine Vielzahl einzelner Lichtquellen optisch miteinander zu integrieren, um auf diese Weise eine hochflexible Strahlzusammenführung zu gewährleisten und zugleich die Möglichkeit einer individuellen Strahlformung zu bieten. Schließlich soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise herstellbar ist.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, der gesamten Offenbarung der Beschreibung sowie unter Bezug auf die Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Aus Anspruch 15 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zu entnehmen, mit dem die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 herstellbar ist. Anspruch 18 beschreibt eine erfindungsgemäße Anordnung mit der es möglich ist, einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle emittiert wird, zu einem gewünschten Ort zu leiten.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls gemäß des Oberbegriffes des Anspruchs 1 derart weitergebildet, dass das lichttransparente Medium als Flächensubstrat ausgebildet ist, das relativ zur Flächennormalen flexibel ist und wenigstens einen Seitenkantenbereich aufweist, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist und einen Seitenkantenbereich aufweist, über den der Lichtstrahl aus dem Flächensubstrat austritt.

Als lichttransparentes Flächensubstrat eignet sich in besonders vorteilhafter Weise eine aus anorganischem Material gefertigte Glasfolie, deren Foliendicke ca. 1000 µm nicht überschreitet und deren untere Dickengrenze durch die sogenannte "Cut-Off- Wellenlänge" begrenzt ist, also jener Lichtwellenlänge, bis zu der eine Lichtführung innerhalb der Glasfolie noch möglich ist. Die Dimensionierung hinsichtlich Glasfolienbreite und -länge kann grundsätzlich beliebig erfolgen, hängt jedoch von den experimentellen Rahmenbedingungen im einzelnen ab, wie beispielsweise Größe und Dimensionierung des Seitenkantenbereiches, über den die Lichteinkopplung erfolgt.

Insbesondere sollte es möglich sein den Lichtstrahl eines oder mehrerer Diodenlaser über eine Seitenkante in das folienartig ausgebildete Flächensubstrat weitgehend vollständig und verlustfrei einzukoppeln. Bei geeigneter Ausbildung des Flächensubstrates ist es bspw. möglich, die von Halbleiterdiodenlaser emittierte Laserstrahlung auch zu Zwecken flexibler Pumpanordnungen für Hochleistungsfestkörperlaser zu verwenden. Ebenso ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Flächensubstrates möglich, den Einsatzbereich von Halbleiterlaserdioden auch in industrielle Anlagen für Anwendungsbereiche wie Kunststoff-Schweißen, Oberflächenlegieren oder Blechschneiden, zu integrieren. Die Erfindung soll anhand der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele im einzelnen dargestellt und erläutert werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisierte Darstellung eines lichttransparenten Flächensubstrats,

Fig. 2 Halbleiterdiodenlaseranordnung mit divergentem Strahlaustritt,

Fig. 3a, b Hilfswerkzeuge zur Herstellung eines lichttransparenten Flächensubstrats,

Fig. 4a bis f Darstellung unterschiedlicher Lichteinkoppeltechniken in das lichttransparente Flächensubstrat,

Fig. 5a lineare Vielfachanordnung von Halbleiterlaserdioden mit Lichtstrahlzusammenführung,

Fig. 5b vertikale Anordnung mehrerer Halbleiterdioden mit Lichtstrahlzusammenführung,

Fig. 6a bis c trichterförmig ausgebildetes, lichttransparentes Flächensubstrat,

Fig. 7a bis d unterschiedliche Ausbildungsformen des Lichtaustritts bei einem trichterförmig ausgebildeten Flächensubstrat,

Fig. 8 räumlich gebogenes Flächensubstrat,

Fig. 9 Anordnung zur Lichtstrahlzusammenführung mit Hilfe reflektierender Elemente mit einer einzigen Halbleiterlaserdiode, sowie

Fig. 10 Lichtanordnung zur Lichtstrahlzusammenführung und Verwendung reflektierender Elemente bei einer Vielzahl von Halbleiterlaserdioden.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Wie bereits vorstehend kurz dargelegt, zeigt Fig. 2 eine an sich bekannte Hochleistungslaserdiode, die eine nicht sichtbar dargestellte Halbleitermaterialschicht 1 aufweist, die einerseits auf einer Halterung 2 aufgebracht und andererseits mit einem Kontaktblech 3 versehen ist. Die an sich bekannte Anordnung für eine Halbleiterlaserdiode dient zum einen einer leichten Integration in beliebig ausgebildete technische Systeme sowie zur thermischen Kontaktierung mit einem Kühlkörper, so dass die im Betrieb der Diode entstehende Verlustwärme gespreizt und entsprechend abgeführt werden kann. Typische Kühlkörper sind z. B. mit Wasser durchflossene Metallkühlkörper, die an der Unterseite der Halterung 2 thermisch kontaktierbar sind. Durch entsprechendes Anlegen eines Betriebsstroms an das Kontaktblech 3 emittiert die in Fig. 2 dargestellte Hochleistungslaserdiode über ihre vordere Seitenkante einen Lichtstrahl 5 mit einem rechteckförmig ausgebildeten Strahlprofil. Zur Formung und divergenten Eingrenzung ist unmittelbar nach der lichtemittierenden Seitenkante ein Linsensystem hoher Güte 4 vorgesehen, das beispielsweise aus sphärischen und/oder zylindrischen Hybridmikrolinsensystemen zusammengesetzt ist. Auch finden Prismen oder Prismenarrays in diesem Zusammenhang Anwendung.

Zur weiteren Lichtformung und -führung wird erfindungsgemäß eine in Fig. 1 dargestellte flexibel ausgebildete Glasfolie 8 vorgesehen, die über zwei polierte, gegebenenfalls beschichtete Oberflächen 9 verfügt. Ferner sieht die Glasfolie 8 zwei seitlich verlaufende Kanten 12 vor, die in gleicher Weise wie die Oberflächen 9 beschichtet sein können. Schließlich ist eine vordere Seitenkante 10 vorgesehen, an der die Lichteinkopplung in das, als Glasfolie ausgebildete Flächensubstrat erfolgt. Der vorderen Seitenkante 10 gegenüberliegend ist die rückseitige Seitenkante 11 der Glasfolie 8 vorgesehen, über die der im Inneren der Glasfolie im Wege der Totalreflexion geführte Lichtstrahl austritt. Die Seitenkanten 10 und 11 können in vorteilhafter Weise überdies optisch derart vergütet werden, so dass etwaige Ein- bzw. Auskoppelverluste minimiert sind. In ähnlicher Weise sind die Flächenbereiche der Ober- und Unterseite 9 sowie der Seitenkanten 12 mit einem Schichtmaterial überzogen werden, durch das Reflexionsverluste an der Innenseite der Glasfolie 8 minimiert werden können.

Ein besonders geeignetes Material für das Flächensubstrat ist eine Glasfolie AF 45 oder D263 der Fa. Schott Desag AG, die eine flexible Lichtführung höchster Leistung ohne Degradation des Lichtstrahls ermöglicht. Ein besonderer Aspekt bei der richtigen Materialwahl besteht in der Tatsache, dass derartige Glasfolien im Gegensatz zu starren, rechteckigen Glas-, Saphir- oder Wellenleitern aus sonstigen Materialien in kaltem wie auch in warmem Zustand über eine deutliche Flexibilität verfügen. Diese Flexibilität führt dazu, dass die besagten Glasfolien neben den Eigenschaften der starren Wellenleiter, die Möglichkeit zu gezielten Deformationen bieten.

Die wellenleitenden bzw. -führenden Eigenschaften der Glasfolie werden wesentlich durch den Brechungsindex des zu ihrer Herstellung verwendeten Materials sowie auch die Brechungsindizes der Materialien, mit denen ihre Oberflächen beschichtet sind, bestimmt. So wird durch die Wahl der Brechungsindizes sowohl die vertikale als auch horizontale numerische Apertur des Flächensubstrates selbst definiert und dies in beiden Richtungen, äquivalent wie im Falle konventioneller Lichtwellenleiter. Desweiteren haben die Materialeigenschaften großen Einfluss auf die Flexibilität des folienartigen Flächensubstrats selbst. Wie bei konventionellen Lichtwellenleitern ist es auch im Falle der Flächensubstrate möglich, dass die Stabilität gegenüber Biegungen deutlich erhöht werden kann.

Der lichtwellenleitende Effekt der in Fig. 1 dargestellten Glasfolie 8 entsteht durch die totalreflektierenden Eigenschaften der beiden Oberflächen 9 sowie der beiden Seitenkanten 12. Ein an der Seitenkante 10 eingekoppelter, ein rechteckförmiges Strahlprofil aufweisender Lichtstrahl wird im Inneren des Glassubstrats 8 bezüglich seiner Strahldivergenz in der fast-axis-Richtung 6 an den sich gegenüberliegenden Oberflächen 9 reflektiert, wohingegen die divergenten Strahlanteile in Richtung der slow-axis-Richtung 7 an den Seitenkanten 12 totalreflektiert werden.

Falls ein wellenleitender Effekt bzw. eine auf der Basis der Totalreflexion basierende Lichtführung in der slow-axis-Richtung 7 nicht erwünscht ist, so ist es nicht nötig, die beiden lateral verlaufenden Kanten 12 mit entsprechenden reflexionserhöhenden Beschichtungen zu versehen.

Zusätzlich können die horizontalen Abmessungen der Lichtein- und Lichtaustrittseitenskanten derart beschaffen sein, dass die in das Flächensubstrat eingekoppelte Laserstrahlung mit ihrer natürlichen Divergenz in slow-axis-Richtung 7 nicht bis zum Rand divergieren kann, so dass auch keine Verluste entstehen.

Im Wege an sich bekannter Herstellungsprozesse haben die gewünschten Glasfolien 8 auf ihren Oberflächen 9 bereits eine hohe optische Güte, die sich auf einfache Art und Weise durch konventionelle Poliertechniken noch weiter steigern läßt. Zusätzlich können die Lichteintrittsseitenkante 10, die Lichtaustrittsseitenkante 11 wie auch die lateral verlaufenden Seitenkanten 12 mittels Polierverfahren bearbeitet werden, um die gegebenenfalls benötigte, hohe optische Güte der Oberflächen zu verbessern. Insbesondere können mit Präzisionspoliermethoden nicht nur die hohen Oberflächengüten erzielt, sondern auch beliebige Formen erzeugt werden.

Hierzu ist in Fig. 3a eine Glasfolie 8 zwischen zwei massive Körper 13 eingebracht, wobei gegebenenfalls eine Pufferschicht 14, beispielsweise aus Wachs, beidseitig zur Glasfolie 8 zwischen den massiven Körpern 13 eingebracht ist. Die Pufferschicht 14 vermeidet optische Schäden auf den Oberflächen 9 und hilft Brüche in der Glasfolie 8 zu vermeiden, sowie die Güte der Seitenkanten 10, 11 und 12 zu optimieren. In der in Fig. 3a gezeigten Anordnung ist es möglich, mit Hilfe von Materialabtragetechniken, beispielsweise unter Einsatz von CNC-Präzisionsfräsen oder Polier- bzw. Schleifmaschinen, beliebige Konturformen 15 in die Glasfolie 8 einzuarbeiten. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3a weist die Glasfolie 8 eine planare Form auf, wobei es lediglich gilt, den Seitenkantenbereich der Glasfolie entsprechend zu gestalten.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mit Hilfe der massiven Körper 13 dreidimensionale Geometrien in die Glasfolie 8 einzuarbeiten (siehe hierzu Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3b), wobei sich die Glasfolie 8 entweder durch Kalt- oder Warmverformung an die vorgegebene Oberflächenform der massiven Körper 13 durch einen Pressvorgang anpasst. Mit Hilfe geeigneter Präzisionswerkzeuge kann anschließend die Glasfolie 8 in eine endgültige Form überführt werden.

Selbstverständlich ist es möglich, mehrere Folien gleichzeitig in der vorstehend beschriebenen Weise zu bearbeiten. Anstelle der Bearbeitung einer einzelnen Glasfolie können mehrere Glasfolien, gegebenenfalls getrennt durch eine Pufferschicht, übereinander angeordnet werden und zwischen den massiven Körpern 13 eingebracht werden. Auch bewirken zusätzliche Zwischenkörper, die die zu formenden Glasfolien voneinandner trennen, einen vorteilhaften stabilisierenden Effekt. Das dargestellte Herstellungsverfahren eignet sich bei geeigneter Wahl der Materialien sowohl für die massiven Körper 13 als auch für die Pufferschichten 14 für die Bearbeitung der Glasfolien bei hohen Temperaturen, bei denen sich die Bearbeitungseigenschaften der Glasfolie gegebenenfalls positiv verändern.

In den Fig. 4a bis f sind Anordnungen dargestellt, mit denen es möglich ist, Licht aus einer Halbleiterdiode in eine vorstehend beschriebene Glasfoliet 8 einzukoppeln.

In Fig. 4a ist eine, aus einer Halterung 2 und einer elektrischen Kontaktfläche 3 bestehender Halbleiterdiodenlaser mit einer nicht dargestellten Halbleiterschicht vorgesehen, an deren Austrittsbereich ein stark divergenter, im Strahlprofil rechteckförmiger Lichtstrahl 5 austritt. Der ein rechteckförmiges Strahlprofil aufweisende Lichtstrahl 5 ist gemäß Detaildarstellung der Fig. 4a auf den Seitenkantenbereich 10 der Glasfolie 8 gerichtet, so dass der Seitenkantenbereich 9 das Strahlprofil des Lichtstrahls 5 vollständig umschließt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Lichtstrahl 5 vollständig in die Glasfolie 8 eintritt. Bedingt durch die nur geringe Dicke der emittierenden Halbleiterschicht 1 des Diodenlasers, die nur wenige µm beträgt, divergiert die Laserstrahlung trotz ihrer hohen Strahlqualität direkt hinter dem Diodenlaser sehr stark, typischerweise mit einem halben Öffnungswinkel bis zu 45°. Um ein vollständiges Umschließen des Strahlprofils durch die Lichteintrittsseitenkante 10 zu gewährleisten, ist das Glassubstrat 8 hinreichend nahe an die lichtemittierende Fläche 1 zu positionieren, damit die Propagation der Laserstrahlung noch vor Eintritt in den Lichteintrittsseitenkante 10 der Glasfolie zu einem Strahldurchmesser führt, der die Glasfoliendicke nicht überschreitet.

Ferner ist darauf zu achten, dass die numerische Apertur der, gegebenenfalls auch an der Lichteintrittsseitenkante 10 beschichteten Glasfolie hinreichend groß ist, so dass die einzukoppelnde Lichtleistung nicht durch die Oberflächen 9 der Glasfolie 8 wieder austritt und auf diese Weise die Lichtkopplung minimiert wird.

Bei konstanter numerischer Apertur der Glasfolie 8 und hinreichend kleiner Verformung der Glasfolienoberfläche (adiabatische Verformung) bleibt die numerische Apertur der eingekoppelten Laserstrahlung erhalten und kann beim Austritt aus der Glasfolie 8 konventionell weiterverarbeitet werden.

Vielfachreflexionen an den polierten Seitenflächen 12 der Glasfolie 8 führen zu einer starken Durchmischung des in der slow-axis-Richtung 7 propagierenden Lichtanteils der zum Teil inhomogen aus der Laserdiode austritt, so dass diese Strahlungsanteile beim Austritt aus der Glasfolie 8 bei hinreichend großer Folienlänge homogenisiert sind.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4b zeigt eine Anordnung für die Lichteinkopplung in die Glasfolie 8 unter Zuhilfenahme eines refraktiven Linsensystems 4. Hierfür eignen sich bevorzugt Mikrozylinderlinsen zur Kollimation, Mikrolinsenarrays zur individuellen Abbildung der strahlenden Flächen, die gemeinhin als Emitter bezeichnet werden, oder beliebig komplexe, sphärische, zylindrische oder Hybridlinsensysteme. Alternativ können auch Prismen, Prismenarrays oder refraktive Optiken zum Einsatz kommen, die individuell auf das spezielle Kopplungsproblem zugeschnitten sind.

Der wesentliche Vorteil bei der Verwendung eines refraktiven Linsensystems zur Einkopplung der divergenten Lichtstrahlung in die Glasfolie 8 besteht darin, dass die numerische Apertur der Laserstrahlung an die numerische Apertur der Glasfolie, in die eingekoppelt wird, individuell angepasst werden kann.

Anstelle der Verwendung eines getrennten Linsensystems 4, wie es in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4b dargestellt ist, ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4c die Lichteintrittsseitenkante 10 der Glasfolie 8, über die das Laserlicht einkoppelt, mit einem Anschliff in horizontaler Richtung der Glasfolie 8 versehen, der eine optisch sammelnde Wirkung besitzt und die starke Divergenz der Diodenlaserstrahlung direkt bei ihrem Eintritt in die Glasfolie 8 kollimiert, so dass die, an der Austrittsseitenkante 11 der Glasfolie 8 emittierte Strahlung nicht unter dem gleichen Winkel divergiert, wie die Laserstrahlung, die direkt von der Halbleiterlaserdiode emittiert wird. (Siehe hierzu Detaildarstellung gemäß Fig. 4c).

Gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 4c, bei der der Seitenkantenbereich 10, über den Licht in die Glasfolie 8 eingekoppelt wird, längs zu seiner horizontalen Erstreckung gemäß einer zylinderlinsenförmigen Kontur angeschliffen ist, sieht der Seitenkantenbereich 10 der Glasfolie 8 in der Ausführungsform gemäß der Fig. 4d in vertikaler Erstreckung zur Seitenkante 10 einen vielfachzylinderlinsenförmigen Anschliff 17 vor, durch den der optische Füllfaktor in horizontaler Erstreckung relativ zur Glasfolie 8 optimiert wird. Mit dieser Maßnahme ist es insbesondere möglich, die Propagationseigenschaften des Laserstrahls in der slow-axis-Richtung entscheidend zu beeinflussen, indem der Laserstrahl in der slow-axis-Richtung kollimiert wird.

Selbstverständlich ist es möglich, die Maßnahmen gemäß der Ausführungsbeispiele der Fig. 4c und 4d zu kombinieren, so dass es möglich ist, eine fast-axis-Optik mit einer Folienstruktur mit einer slow-axis-Kollimation zu kombinieren. Auch ist es möglich, wie vorstehend für die Lichteintrittskante 10 beschrieben die Lichtaustrittskante 11 mit den entsprechenden Anschliffen zu versehen.

Unter Beachtung der physikalischen Eigenschaften der Folie, insbesondere der numerischen Apertur, ist es überdies auch möglich, die Laserstrahlung von mehreren Halbleiterdiodenlaser in eine einzige Glasfolie 8 einzukoppeln. In Fig. 4e sind zwei Halbleiterdiodenlaser vertikal übereinander angeordnet, deren Lichtstrahlen jeweils vertikal übereinander durch eine Linsenanordnung 4 auf die Eintrittskante einer Glasfolie 8 fokussiert werden. In der Ausführungsform gemäß der Fig. 4f erfolgt dies in ähnlicher Weise wie in Fig. 4e, jedoch befinden sich hier beide Halbleiterlaserdioden derart übereinandergestapelt, so dass ihre Kontaktflächen 3 jeweils zugewandt und von einer elektrischen Isolationsschicht 18 getrennt sind. Das aus beiden Halbleiterlaserdioden austretende Licht wird wieder mittels eines Linsensystems 4 auf die Eintrittskante der Glasfolie 8 fokussiert.

In den Fällen der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 4e und f treten die zunächst getrennt voneinander verlaufenden Strahlprofile beider Halbleiterlaserdioden in einem gemeinsamen Strahlprofil rechts aus der Glasfolie 8 aus, wodurch die Lichtintensität der einzelnen Halbleiterlaserdioden durch entsprechendes Zusammenführen der Einzelstrahlen verstärkt werden.

Zur vorstehend genannten Lichtverstärkung durch die Zusammenführung der Lichtstrahlen aus einer Vielzahl von Einzelhalbleiterlaserdioden eignen sich bevorzugt vertikal übereinander gestapelte Halbleiterlaserdioden bzw. in linearer Anordnung nebeneinander angeordnete Halbleiterlaserdioden.

In Fig. 5a ist ein sogenannter Linienstack, d. h. eine lineare Aneinandereihung einer Vielzahl einzelner Hochleistungslaserdioden 1 dargestellt. Die Hochleistungslaserdioden sind mit den vorstehend beschriebenen Halterungen 2 sowie geeigneten Optiken 4 in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet, so dass die von ihnen erzeugten Laserstrahlen eine Linie bilden, deren Länge in slow- axis-Richtung 7 im ursprünglichen Zustand dem Vielfachen der Linien der eingesetzten Diodenlaser entspricht. Hierbei können auch ringförmig angebrachte Linienstacks realisiert werden, deren Strahlung im Mittelpunkt des Kreises zusammenläuft.

Die elektrische Kontaktierung der Hochleistungslaserdioden kann sowohl individuell als auch in Serie realisiert werden. Jeder einzelnen Hochleistungslaserdiode ist eine Glasfolie 8 im Strahlengang nachgeordnet, die geometrisch derart geformt ist, dass die Lichtstrahlen der einzelnen Hochleistungslaserdioden räumlich zusammengeführt werden. An den Austrittskanten der zusammengeführten Glasfolien 8 treten die einzelnen Strahlungsprofile vertikal dicht übereinanderliegend aus.

Alternativ kann, falls die Linienform der Anordnung der einzelnen Hochleistungslaserdioden erwünscht ist, das lineare Diodenlaserarray in eine einzige, in horizontaler Richtung hinreichend ausgedehnte Glasfolie 8, vorzugsweise unter Zuhilfenahme der vorstehend gezeigten Einkoppelmechanismen, eingekoppelt werden. Eine hinreichend lange Propagation der einzelnen Lichtstrahlen durch die Glasfolie 8 in lateraler Richtung führt ferner zu einer vollständigen Durchmischung der in slow-axis-Richtung 7 im allgemeinen strukturierten Diodenlaserstrahlung.

Die Verwendung einer einzigen entsprechend geformten Glasfolie führt auch dazu, dass die Strahlprofile der einzelnen Laserdioden physikalisch zusammengeführt werden und durch eine einzige Strahlaustrittsfläche aus der Glasfolie in einem zusammenhängenden Laserstrahl emittieren.

Weitere Variationen sind ebenso denkbar, wie etwa der Einsatz von Laserdioden, die verschiedene Wellenlängen emittieren und die für eine entsprechende Lichtführung Glasfolien unterschiedlicher Dicke erfordern. Auch hierfür dient die erfindungsgemäße Glasfolie der Zusammenführung von Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge.

In Fig. 5b ist ein vertikaler Stack, bestehend aus einer Vielzahl vertikal übereinander angeordneter Laserdioden dargestellt. Jede einzelne Laserdiode ist mit einer dreidimensional geformten Glasfolie 8 versehen, die derart geformt und ausgebildet ist, so dass die Diodenlaserstrahlung verlustfrei geführt wird. Die Austrittsseitenkanten der einzelnen Glasfolien 8 sind in der dargestellten Weise vertikal übereinander zusammengefasst, so dass eine nahezu einheitliche Austrittskante 28 entsteht. Die über die gemeinsame Austrittskante 28 austretende Laserstrahlung verfügt über eine deutlich höhere Güte als die Laserstrahlung direkt nach dem vertikalen Laserdiodenstack. Ferner ist auch in diesem Fall der Homogenisierungseffekt der Laserstrahlung stark ausgeprägt.

Überdies ist es möglich, die Steckanordnungen gemäß der Ausführungsbeispiele der Fig. 5a und 5b zu kombinieren.

Wie eingangs erwähnt, weist die von einer Halbleiterdiode emittierte Lichtstrahlung zwei Hauptausbreitungsrichtungen auf, die slow-axis-Richtung sowie fast-axis- Richtung. Geometrie- und beugungsbedingt weisen jedoch die Strahlanteile in den unterschiedlichen Richtungen verschiedene Strahlqualitäten auf, die es gilt, aneinander anzugleichen.

In Fig. 6a ist eine, zu einem elliptischen Trichter 19 geformte Glasfolie 8 dargestellt, die eine äußere, leicht gebogene Kante 20 aufweist. Die Kante 20 dient als Seitenkanten, über die Licht in die Glasfolie 8 bzw. in den elliptischen Trichter 19 eingekoppelbar ist. Hierzu sind entlang der Biegung des Kantenverlaufs 20 eine Vielzahl nebeneinander angeordnete Hochleistungsdiodenlaser angebracht, mit als Kühlkörper ausgeprägten Halterungen 2. Eine entsprechende Vorderansicht ist in Fig. 6b dargestellt, aus der insbesondere die Trichterkrümmung an der Eintrittskante 20 zu entnehmen ist, entlang der die Hochleistungsdiodenlaser angebracht sind. Das in den elliptischen Trichter 19 eingekoppelte Licht propagiert durch die trichterförmige Folie in lateraler Richtung 21. Dabei tritt zusätzlich zum maximalen Winkel, unter dem der Trichter in vertikaler Richtung 22 geneigt ist, eine Reflexion in horizontaler Richtung 23 auf, woraus sich aus den allgemeinen Zusammenhängen für Lichtwellenleiter ein maximaler Winkel ergibt, den das eingekoppelte, primär lateral propagierende Licht zur horizontalen Reflexion einnehmen darf, ohne dass dabei eine Auskopplung aus der Glasfolie auftritt.

In Fig. 6c ist dieser Winkel mit dem Bezugszeichen 27 versehen und eingetragen, der definiert ist durch die Richtung der Projektion des Gradientenvektors in einem Punkt auf dem Trichter und deren Projektion auf die horizontal laterale Ebene, die gebildet wird aus der x-Richtung 23 und der z-Richtung 21. Ein Überschreiten dieses Grenzwinkels, der für eine vollständige Lichtführung des in den Trichter eingekoppelten Lichtes im Wege der Totalreflexion sorgt, kann dadurch vermieden werden, indem die Glasfolie hinreichend lang gewählt wird, so dass der Übergang in die Spitze 25 des elliptischen Trichters 19 entsprechend flach verläuft.

Durch die Trichtergeometrie und das automatische Zusammenlaufen der lateralen Seitenkanten des Trichters kommt es auch bei vollständiger Kollimation des sich in der slow-axis ausbreitende Licht innerhalb des Trichters zu einem Auftreffen dieser Strahlung auf die lateralen Seitenkanten. Dies führt zu einem positiven Durchmischungseffekt, der zwar mit Leistungsverlusten verbunden ist, doch eine Homogenisierung des Strahlfeldes bewirkt.

Die Trichterspitze 25 kann hierbei auf verschiedene Weise ausgeprägt sein.

In den Fig. 7a-7d sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.

Allen Varianten ist gemein, daß sie die Glasfolie aneinanderführen, wobei die Flexibilität der Glasfolie eine Vielzahl von Möglichkeiten zuläßt.

Fig. 7a zeigt eine spiralförmige Wicklung. Diese weist einen Füllfaktor auf, welcher definiert ist durch die tatsächliche von der Folie eingenommene Fläche und die durch die äußere Umrandung vorgegebene Fläche. Zwecks Symmetrisierung der Strahlqualität kann die Spitze 25 stets sowohl runde als auch elliptische Formen annehmen, je nach dem Größenunterschied der einzelnen Strahlqualitätszahlen in beiden Richtungen. Die Spiralform ergibt sich in mehr oder weniger ausgeprägter Form automatisch bei Anpassung der Folie an eine im Allgemeinen elliptische Kegelgeometrie, z. B. durch Warm- oder Kaltformungsmechanismen, was den wesentlichen Arbeitsschritt der Erstellung des elliptischen Trichters darstellt.

Insbesondere kann die Trichterspitze 25 durch Polieren in eine plane Form gebracht werden.

Fig. 7b zeigt eine einfache Rundwicklung mit einer Minimal-Überlagerung. Eine derartige Wicklung hat den Vorteil der besonders einfachen Realisierbarkeit. Die Innere, von der Folie umrandete Fläche kann anstatt eines Rings mit endlichen Abmaße, wie es aus Fig. 7c hervorgeht, durchaus zu einem Punkt entarten. Für Direktanwendungen sind beide Fälle von Interesse, denn durch die endliche Öffnung lassen sich Pilotlaser einkoppeln, sowie Prozessgase mittels Düsen für Hybridprozesse auf einfache Weise hinzufügen. Auch diverse Schweiss-, Löt- oder Schneidprozesse werden vorteilhafter mit ringförmigen Strahlprofilen durchgeführt. Die Entartung zu einem Punkt oder in eine runde Vollform, wie sie in Fig. 7d dargestellt ist, ist in der Regel geeignet, die aus der Spitze 25 ausgekoppelte Laserleistung ihrerseits in eine Lichtwellenleiterfaser mit zylindrischem oder rundem Querschnitt einzukoppeln.

Eine weitere Ausführungsform bezüglich einer dreidimensional geformten Glasfolie 8 ist in Fig. 8 dargestellt. Der Seitenkantenbereich 10 der Glasfolie 8, über den die Lichteinkopplung erfolgt, ist in diesem Fall mindestens unidirektional durchgebogen, was sich in einem technischen Aufbau mit geeigneten Verstellmöglichkeiten auf beispielsweise mechanischer oder elektromechanischer Basis auf einfache Art und Weise realisieren läßt, so daß sich die Form der Lichteintrittskante der Form der von den Diodenlasern emittierten Strahlung anpaßt. Durch entsprechende Anordnungen sind auch kurven- oder bogenförmige Seitenkantenbereiche realisierbar. Die Strahlung wird mit den oben beschriebenen, geeigneten Mitteln in die Folie eingekoppelt, wobei darauf zu achten ist, daß eventuell verwandte Optiken derart beschaffen sind, daß sie der, durch die Krümmung in fast-axis Richtung verbreiterten Strahlung Rechnung tragen. Um eine möglichst effektive Anpassung zu erhalten, sind insbesondere dünne Folien (< 50 µm) von Vorteil, nichtsdestotrotz sind aber dickere Folien gleichfalls anwendbar. Durch die wellenleitende Eigenschaft wird die ursprünglich eingekoppelte, gekrümmte Linie durch die Propagation in eine gerade Linie überführt, da die Folie selbst über die Propagationsstrecke in eine gerade Form bis zu ihrer Austrittskante 11 übergeht. Bei hinreichender Länge treten auch hier wieder die positiven Durschmischungseffekte in der slow-axis Richtung 7 auf, wobei die Kanten 12 ihrerseits poliert sein sollten. Im Anschluß an die Austrittsseitenkante 11 können wiederum geeignete Optiken angebracht sein, um die emittierte Strahlung für die gegebene Anwendung geeignet zu formen.

Fig. 9 illustriert eine Anordnung zur Strahlformung für einen Diodenlaser, die eine Kombination mit an sich bekannten Spiegeltechniken darstellt. Der linienförmige, z. B. von einem Diodenlaser emittierte Lichtstrahl, der durch geeignete Optiken 4 zusätzlich geformt ist, wird partiell längs seiner slow-axis Richtung in mehrere bzgl. ihrer numerischen Apertur angepaßte Glasfolien 8 eingekoppelt.

Diese führen ihrerseits einen entsprechenden Anteil der gesamten emittierten Lichtleistung und lenken das Licht um einen bestimmten Winkel um. Wesentlich bei der Anordnung ist die Lage der Austrittsseitenkanten 11 der einzelnen Glasfolien 8, die zwar alle in einer definierten Ebene liegen, jedoch entlang der slow-axis Richtung 7 stufenförmig vesetzt sind. Die aus den Austrittsseitenkanten 11 emittierte Strahlung kann wiederum durch geeignete Linsen 4 geformt werden. Die gleichfalls stufenförmig liegenden Emissionsprofile der einzelnen Lichtstrahlen 5 werden nun von geeigneten stufenförmig angebrachten Spiegeln 38 derart umgelenkt, daß sie sich entlang ihrer fast-axis Richtungen 6 nebeneinander anordnen. Da die einzelnen Glasfolien 8 gleiche Charakteristika besitzen, weisen alle nebeneinander liegenden Lichtstrahlen 5 dieselbe räumliche Dimensionierung auf, so daß nach entsprechender Umlenkung ein im wesentlichen rechteckförmiges Profil 29 entsteht.

Die Spiegelelemente 38 können auch in Form eines monolithischen Treppenspiegels ausgebildet werden, anstatt wie in Fig. 9 einzeln angeordnet zu sein.

In Fig. 10 ist ein ähnliches Prinzip zur Optimierung für Linienstacks dargestellt. Das Licht jeder einzelnen Strahlquelle, bestehend jeweils aus Halterung 2, nicht dargestellte Halbleiterschicht 1 und elektrische Kontaktfläche 3, wird wie oben beschrieben in eine Glasfolie 8, wie dargestellt, eingekoppelt, anschließend umgeformt bzw. umgelenkt, so daß die einzelnen Austrittsseitenkanten 11 der einzelnen Glasfolien 8 in einer Ebene stufenförmig angeordnet sind. Die von diesen Austrittsseitenkanten 11 emittierte, gegebenenfalls durch Optiken 4 geformte Strahlung wird dann durch entsprechend stufenförmig angebrachte Umlenkspiegel 38 derart reflektiert, sodass die Strahlprofile bzgl. ihrer fast-axis Richtungen 6 nebeneinander angeordnet werden, was in einem, im allgemeinen rechteckigen, im speziellen quadratischen Strahlprofil 29 resultiert. Um einen möglichst symmetrischen Strahl zu erhalten können die Austrittsseitenkanten 11 zusätzlich in beiden Orientierungen bearbeitet sein, entweder gleichartig auf ihrer gesamten Länge oder strukturiert.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterschicht

2

Halterung

3

Kontaktbereich

4

Optische Einheit

5

Lichtstrahl

6

Slow-axis Richtung

7

Fast-axis Richtung

8

Glasfolie

9

Oberflächen der Glasfolie

10

Lichteintrittskante

11

Lichtaustrittskante

12

Laterale Seitenkanten

13

Massiver Körper

14

Zwischenschicht

15

Ausfräsung

16

Emittiernde Fläche

17

Zylinderanschliff

18

Isolierzwischenschicht

19

Eliptischer Trichter

20

Trichtervorderkante

21

z-Richtung

22

y-Richtung

23

x-Richtung

25

Trichterspitze

27

Winkel

28

Gesamtlichtaustritt

29

Gesamtlichtaustritt

38

Reflexionselement

Claims

1. Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls, dessen Strahlprofil nichtrotationssymmetrisch, vorzugsweise annähernd rechteckförmig ausgebildet ist, mit einem lichttransparenten Medium, in das der Lichtstrahl über einen Einkoppelbereich eintritt, in dem die Lichtausbreitung im wesentlichen durch Totalreflexion oder Lichtwellenleitung erfolgt und aus dem der Lichtstrahl über einen Auskoppelbereich austritt, dadurch gekennzeichnet, dass das lichttransparente Medium als Flächensubstrat ausgebildet ist, das relativ zur Flächennormalen flexibel ist und wenigstens einen Seitenkantenbereich aufweist, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist und einen Seitenkantenbereich aufweist, über den der Lichtstrahl aus dem Flächensubstrat austritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat eine Breite (b), Höhe (h) und Länge (I) aufweist, und dass für die Höhe (h) in etwa gilt:
λ < h ≦ ≈1000 µm,
vorzugsweise h < 50 µm
mit
λ = Lichtwellenlänge, die mit dem Flächensubstrat geführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lichttransparente Medium eine Folie aus einem anorganischen Material, vorzugsweise eine Glasfolie ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat von zwei Oberflächen, zwei seitlich verlaufenden Kanten sowie von einer vorderen und rückseitigen Kante begrenzt ist,
dass die Oberflächen sowie die seitlich verlaufenden Kanten mit einem Material oder einer Materialzusammensetzung beschichtet sind, das bzw. die die Lichtleiteigenschaften optimiert und die Flexibilität des Flächensubstrates erhöht, und
dass die vordere Kante, an der der Seitenkantenbereich vorgesehen ist, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist, sowie die rückseitige Kante, aus der der Lichtstrahl auskoppelbar ist, mit einem Material oder eine Materialzusammensetzung beschichtet sind, das bzw. die die Ein- und Auskoppelverluste des Lichtstrahls reduzieren.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist, in Form und Größe derart bemessen ist, dass das der Seitenkantenbereich das vollständige Strahlprofil am Einkoppelort zumindest umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar und/oder der Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl auskoppelbar ist, längs seiner Breite b, vorzugsweise periodisch strukturiert und/oder längs seiner Höhe h, vorzugsweise in Form einer zylindrischen Krümmung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl auskoppelbar ist, unter einem Winkel α ≠ 0° zur Flächennormalen des Flächensubstrats plangeschliffen ist, vorzugsweise 45° Grad beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat plan oder in der Fläche gekrümmt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) des Flächensubstrates über die gesamte Länge (l) konstant ist und der Breite des annähernd rechteckförmig ausgebildeten Strahlprofils am Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat in Art eines Trichters, vorzugsweise elliptischen Trichters, aufgewickelt ist mit einer Trichtereinlasskante, die den Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist, aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter bezogen auf die Trichterwand einen einheitlichen oder variable Trichterwinkel einschließt, der kleiner oder gleich dem Totalreflexionswinkel für die eingekoppelte Lichtstrahlung innerhalb des Flächensubstrates ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter einen sich im Durchmesser verjüngenden Trichterendbereich aufweist, mit einem rückseitigen Seitenkantenbereich aus dem der Lichtstrahl aus dem Flächensubstrat austritt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkantenbereich, aus dem der Lichtstrahl austritt, im Querschnitt spiralförmig, in Art einer einfachen Rundwicklung, ringförmig oder zu einem Vollkreis ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkantenbereich, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist, räumlich gebogen ist, und dass der Seitenkantenbereich, aus dem der Lichtstrahl austritt, geradlinig verläuft.

15. Verfahren zur räumlichen Formgebung einer Vorrichtung zur Führung eines Lichtstrahls nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat zwischen zwei Anpresskörper gebracht wird, die Anpressflächen aufweisen, die eine gewünschte Formgebung besitzen, dass unter Druckbeaufschlagung im Wege einer Kalt- oder Warmverformung das Flächensubstrat gemäß der Flächenform der Anpresskörper verformt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anpressflächen und dem Flächensubstrat eine Pufferschicht, vorzugsweise eine Wachsschicht, vor der Verpressung eingebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formgebung sowie Bearbeitung der Seitenkanten des Flächensubstrates, das Flächensubstrat zusammen mit den Anpresskörpern mittels mechanischer, chemischer und/oder elektrochemischer Materialabtrageverfahren wie, Schneiden Fräsen, Schleifen, Polieren Ätzen und/oder Elektropolieren bearbeitet werden.

18. Anordnung zur Lichtführung eines Lichtstrahles mit einem nichtrotationssymmetrischen Strahlprofil, der aus einer Lichtquelle emittiert wird und in wenigstens eine Vorrichtung gemäß den Ansprüche 1 bis 14 einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einem nahezu rechteckförmigen Strahlprofil emittiert und derart zum Seitenkantenbereich des Flächensubstrats angeordnet ist, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat mittelbar oder unmittelbar einkoppelbar ist, dass der Seitenkantenbereich das Strahlprofil wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, umfasst.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein Halbleiterdiodenlaser ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle und dem Flächensubstrat mindestens eine optisch Einheit, wie eine Zylinderlinse vorgesehen ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Lichtquellen vorgesehen sind,
dass jeder Lichtquellen ein getrenntes Flächensubstrat zugeordnet ist, in das der Lichtstrahl der jeweiligen Lichtquelle einkoppelbar ist, und
dass die Seitenkantenbereiche der Flächensubstrates, aus dem der Lichtstrahl austritt, vertikal übereinander gestapelt sind.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen linear und/oder vertikal übereinander gestapelt angeordnet sind.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Seitenkantenbereiches, über den der Lichtstrahl in das Flächensubstrat einkoppelbar ist, eine Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind, deren Lichtstrahlen in ein einziges Flächensubstrat einkoppelbar sind.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flächensubstrate derart nebeneinander angeordnet sind, dass ihre Seitenkantenbereiche, über die der Lichtstrahl in das jeweilige Flächensubstrat einkoppelbar ist, vom Lichtstrahl einer Lichtquelle bestrahlbar sind, und dass den einzelnen Flächensubstraten jeweils eine, den aus dem jeweiligen Flächensubstrat austretenden Lichtstrahl umlenkende optische Einheit derart nachgeordnet ist, dass der umgelenkte Lichtstrahl mit allen anderen umgelenkten Lichtstrahlen der benachbarten Flächensubstrate räumlich zusammenführbar ist.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten zwei Lichtquellen nebeneinander angeordnet sind, mit jeweils einem, den Lichtquellen nachgeordneten Flächensubstrat,
dass jedem Flächensubstrat an seinem Seitenkantenbereich, aus dem der Lichtstrahl austritt, eine den Lichtstrahl umlenkende optische Einheit derart nachgeordnet ist,
dass die umgelenkten Lichtstrahlen räumlich zusammenführbar sind.