DE10007123A1 - Optical arrangement for use with laser diode arrangement, has distance between slow axis collimator elements as integral multiple of distance between emitter elements - Google Patents

Optical arrangement for use with laser diode arrangement, has distance between slow axis collimator elements as integral multiple of distance between emitter elements

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Abstract

The arrangement has at least one fast axis collimator (6) for collimating the divergent beams of emitter elements (4) in a fast axis and a following slow axis collimator (8) with several collimating elements (9) for collimating the beams, which are already collimated in the fast axis, in the slow axis. The distance (X2) between the slow axis collimator elements is an integral multiple of the distance (X1) between the emitter elements. Independent claims are also included for the following: a laser diode arrangement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Laserdiodenanordnung entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 15.The invention relates to an optical arrangement according to the preamble Claim 1 and to a laser diode assembly according to the preamble Claim 15.

Die Strahlung eines Halbleiter-Diodenlasers (hier vereinfacht auch Diodenlaser) ist durch einen stark divergierenden Strahl gekennzeichnet, und zwar im Gegensatz zu anderen konventionellen Laserstrahlquellen, deren Laserstrahl einen Durchmesser von wenigen Millimetern mit einer geringen Stahldivergenz im Bereich von wenigen mrad aufweist, während die Divergenz bei einem Diodenlaser größer als 1000 mrad ist.The radiation of a semiconductor diode laser (here also simplifies diode laser) is characterized by a strongly diverging beam, as opposed to other conventional laser beam sources whose laser beam has a diameter of a few millimeters with a small steel divergence in the range of a few mrad while the divergence for a diode laser is greater than 1000 mrad.

Bekannt ist weiterhin auch, daß bei Diodenlasern der Divergenzwinkel in der Ebene senkrecht zur aktiven Schicht, d. h. in der sogenannten "Fast-Axis" größer ist als in der Ebene der aktiven Schicht, d. h. in der sogenannten "Slow-Axis".It is also known that in diode lasers the divergence angle in the plane perpendicular to the active layer, d. H. in the so-called "fast-axis" is greater than in the Level of the active layer, d. H. in the so-called "slow axis".

Um eine möglichst hohe Laserleistung, beispielsweise von 20-100 Watt aus einem Halbleiterchip zu erreichen, werden zahlreiche Emitter auf einem sogenannten Barren zusammengefaßt. Üblicherweise werden hierbei 10-200 einzelne Emitter oder Emittergruppen in einer Reihe in der Ebene parallel zur aktiven Schicht, d. h. in der Slow-Axis aufeinander folgend angeordnet. Der resultierende Gesamtstrahl eines solchen Barrens hat in der Ebene parallel zur aktiven Schicht einen Öffnungswinkel von ca. 10° und einen Strahldurchmesser von ca. 10 mm. Hieraus ergibt sich eine Strahlqualität in dieser Ebene, die um ein vielfaches geringer ist als die Strahlqualität in der Ebene senkrecht zur aktiven Schicht.To achieve the highest possible laser power, for example, 20-100 watts from a Achieve semiconductor chip, numerous emitters on a so-called ingot summarized. Usually, 10-200 individual emitters or Emitter groups in a row in the plane parallel to the active layer, d. H. in the Slow axis arranged consecutively. The resulting overall beam of a such billet has an opening angle in the plane parallel to the active layer of about 10 ° and a beam diameter of about 10 mm. This results in a Beam quality in this plane, which is many times lower than the beam quality in the plane perpendicular to the active layer.

Die Belegungsdichte, die sich aus dem Quotienten der strahlenden Fläche des Laserbarrens zu der Gesamtfläche ergibt, liegt bei derzeit verfügbaren Diodenlaserbarren bei ca. 3-50%; wobei allerdings höhere Belegungsdichten nur einen Impulsbetrieb des Lasers erlauben. Für kontinuierliche Anwendungen sind daher kleinere Belegungsdichten erforderlich.The occupation density, which is calculated from the quotient of the radiating surface of the Laser barrens results in the total area is currently available Diode laser bars at approx. 3-50%; however, higher occupancy densities only  allow a pulse operation of the laser. For continuous applications are therefore smaller occupancy densities required.

Um die stark divergente Strahlung eines Diodenlasers für Laseranwendungen, beispielsweise Materialbearbeitung, Medizintechnik, Pumpen von Festkörperlasern usw. nutzbar zu machen, sind im Strahlengang kollimierende und fokussierende optische Anordnungen notwendig.For the highly divergent radiation of a diode laser for laser applications, for example, material processing, medical technology, pumps of solid-state lasers etc., are collimating and focusing in the beam path optical arrangements necessary.

Diese optischen Anordnungen umfassen in der Regel insbesondere einen als Mikrooptik ausgeführten Die Korrektur der Divergenz in der Slow-Axis erfolgt dann durch eine nachfolgende Makro-Optik.These optical arrangements usually include in particular one Microoptics executed The correction of the divergence in the slow axis then takes place through a subsequent macro-look.

In einer solchen Anordnung wird üblicherweise die Laserstrahlung der einzelnen Emitter oder Emitterelemente des Laserbarrens mittels einer Microzylinderlinse in der Fast-Axis, d. h. in der Achse senkrecht zur Ebene der aktiven Schicht kollimiert. dieser Fast-Axis-Kollimator weist die optische Eigenschaft einer Zylinderlinse auf, welche mit ihrer Achse parallel zur Slow-Axis liegt, wobei für sämtliche Emitter eines Diodenlaserbarrens beispielsweise eine einzige durchgehende Zylinderlinse verwendet wird, und zwar mit kleiner Brennweite in unmittelbarer Nähe der Fassette des Diodenlaserbarrens, d. h. in einem Abstand von nur wenigen 100 mµ von den Emittern bzw. von dieser Fassette. In der Slow-Axis wird der ursprüngliche Differgenzwinkel z. B. bis zu den Fokussieroptiken beibehalten (DE 196 49 113).In such an arrangement is usually the laser radiation of the individual Emitter or emitter elements of the laser bar by means of a micro cylindrical lens in the Fast-Axis, d. H. collimated in the axis perpendicular to the plane of the active layer. this Fast-axis collimator has the optical property of a cylindrical lens, which with their axis is parallel to the slow axis, with all emitters of a Diode laser barrens used, for example, a single continuous cylindrical lens is, with a small focal length in the immediate vicinity of the facet of Diode laser bar, d. H. at a distance of only a few 100 mμ from the emitters or of this facet. In the slow axis the original difference angle becomes z. B. up to the focusing optics maintained (DE 196 49 113).

Bei Laserbarren mit einer geringen Belegungsdichte, d. h. mit einem größeren gegenseitigen Abstand der Emitterelemente besteht dann auch die Möglichkeit, eine Kollimation in der Slow-Axis vorzunehmen, und zwar durch einen Slow-Axis- Kollimator, der mehrere in der Slow-Axis wirkende Linsesegmente aufweist (z. B. US 3 396 344, DE 199 39 750).For laser bars with a low occupation density, i. H. with a bigger one mutual distance of the emitter elements then there is the possibility of a Collimation in the slow-axis, by a slow-axis A collimator having a plurality of lens segments acting in the slow axis (eg US 3 396 344, US Pat. DE 199 39 750).

Durch die Fast-Axis-Kollimation und die Slow-Axis-Kollimation läßt sich die Strahldiffergenz in beiden Achsrichtungen grundsätzlich soweit reduzieren, daß mit einer solchen Anordnung die Laserstrahlung mit einer Fokussieroptik punktförmig abgebildet werden kann. Üblich sind derzeit für die Fast-Axis-Kollimation und die Slow-Axis-Kollimation Zylinderlinsen mit Brennweiten von einigen 100 µ bis zu wenigen Millimetern.Fast-axis collimation and slow-axis collimation allow the Beam differential in both axial directions basically reduce so far that with  Such an arrangement, the laser radiation with a focusing optic point can be displayed. Are currently customary for the fast-axis collimation and the Slow axis collimation cylindrical lenses with focal lengths of several 100 μ up to a few millimeters.

Als Slow-Axis-Kollimatoren werden arreyförmige Linsen verwendet, die aus zylindrischen Linsensegmenten bestehen, die in Richtung der Slow-Achse aneinander anschließen und deren Achsabstand gleich dem Abstand ist, den die Emitter auf dem verwendeten Laserbarren aufweisen. Bei hohen Belegungsdichten, d. h. insbesondere dann, wenn die Achsabstände der einzelnen Emitter kleiner als 100 µ sind, bereitet die Herstellung der den Slow-Axis-Kollimator bildenden Linsenarreys erhebliche Probleme, und zwar insbesondere bedingt durch den geringen Achsabstand der einzelnen Linsensegmente sowie auch bedingt durch den Umstand, daß aus praktischen Fertigungsgründen die einzelnen Linsensegmente nicht unmittelbar aneinander anschließen können, sondern zwischen diesen Übergangszonen oder Übergangsbereiche mit Mindestabmessungen verbleiben. Diese besitzen nicht die angestrebte optische Wirkung, so daß bei reduzierten Achsabständen der Linsensegmente der optisch nicht nutzbare Teil eines solchen Linsenarreys gegenüber den nutzbaren Teil und damit auch der optisch nicht nutzbare Anteil der Laserstrahlleistung im Vergleich zum optisch nutzbaren Teil zunimmt.As slow-axis collimators Arreyförmige lenses are used, the cylindrical lens segments consist, in the direction of the slow axis to each other and whose center distance is equal to the distance that the emitters on the have used laser bars. At high occupancy densities, d. H. in particular then, if the center distances of the individual emitters are smaller than 100 μ, prepares the Producing the slow-axis collimator lens arrays significant problems, and in particular due to the small center distance of the individual Lensensegmente as well as due to the fact that from practical Production reasons, the individual lens segments not directly to each other but between these transitional zones or Transition areas with minimum dimensions remain. These do not own the desired optical effect, so that at reduced center distances of the Lensensegmente the optically unusable part of such a lens array opposite the usable part and thus also the optically unusable portion of Laser beam power compared to the optically usable part increases.

Weiterhin ist es bei den bekannten optischen Anordnungen bzw. Korrekturoptiken auch notwendig, bei Reduzierung des Achsabstandes der Emitter am Laser-Barren Slow-Axis-Kollimatoren zu verwenden, deren Linsensegmente eine reduzierte Brennweite aufweisen, so daß der Slow-Axis-Kollimator dichter an dem jeweiligen Laserbarren positioniert werden muß. Dies führt wiederum dazu, daß der für den Fast- Axis-Kollimator zur Verfügung stehende Platz reduziert wird und damit für den Fast- Axis-Kollimator reduzierte Abmessungen sowie insbesondere auch eine reduzierte Brennweite notwendig sind. Mit abnehmender Brennweite für den Fast-Axis-Kollimator nimmt aber die Strahldivergenz in der Fast-Axis zu, ebenso auch der Einfluß des sogenannten "Smile-Effektes". Aus technischer Sicht liegt derzeit eine sinnvolle Untergrenze für die Brennweite des Fast-Axis-Kollimators bzw. der entsprechenden Linse bei etwa f = 300 µ.Furthermore, it is in the known optical arrangements or correction optics Also necessary when reducing the center distance of the emitter on the laser ingot Slow-axis collimators whose lens segments have a reduced Have focal length, so that the slow-axis collimator closer to the respective Laser bar must be positioned. This in turn means that the Axis collimator space available is reduced and thus for the fast Axis collimator reduced dimensions and especially a reduced Focal length are necessary. With decreasing focal length for the fast axis collimator But the beam divergence in the fast-axis increases, as does the influence of the so-called "smile effect". From a technical point of view is currently a meaningful  Lower limit for the focal length of the fast axis collimator or the corresponding Lens at about f = 300 μ.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile bekannter Korrekturoptiken zu beheben und eine Korrekturoptiken bzw. optische Anordnung aufzuzeigen, die auch bei einem geringen Achsabstand der Emitterelemente eine optisch einwandfreie Kollimation sowohl in der Fast-Axis, als auch in der Slow-Axis liefert und preiswert gefertigt werden kann.The object of the invention is to remedy these disadvantages of known correction optics and a correction optics or optical arrangement show, which also in a small center distance of the emitter elements optically perfect collimation both in the Fast-Axis, as well as in the Slow-Axis supplies and are manufactured inexpensively can.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine optische Anordnung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Laserdiodenanordnung ist entsprechend dem Patentanspruch 15 ausgebildet.To solve this problem is an optical arrangement according to the Claim 1 is formed. A laser diode array is according to Claim 15 is formed.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described below with reference to the figures of an embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht eine Laserdiodenanordnung mit mehreren an einem Laserbarren (Chip) in der Zeichenebene dieser Figur (X-Z- Ebene) in einer Koordinatenrichtung (X-Achse) aufeinanderfolgend vorgesehenen Emittern, sowie mit einer von einem Fast-Axis-Kollimator und einem Slow-Axis-Kollimator gebildeten optischen Anordnung; Fig. 1 shows a simplified representation in top view of a laser diode array having a plurality of laser bars (chip) in the plane of this figure (XZ plane) are successively provided in one coordinate direction (X-axis) emitters, as well as one of a fast axis Collimator and a slow-axis collimator formed optical arrangement;

Fig. 2 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht die Laserdiodenanordnung der Fig. 1; Fig. 2 in a simplified representation and in side view of the laser diode arrangement of Fig. 1;

Fig. 3 in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 die Laserdiodenanordnung der Fig. 1 zusammen mit einem weiteren optischen Element in Form eines Redirektionsprismas; FIG. 3 shows a view similar to FIG. 1 of the laser diode arrangement of FIG. 1 together with a further optical element in the form of a redirecting prism;

Fig. 4 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ähnlich Fig. 1 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung; Fig. 4 in a simplified representation and in plan view similar to Figure 1 shows a further embodiment of the laser diode array according to the invention.

Fig. 5 die Laserdiodenanordnung der Fig. 4 in Seitenansicht; FIG. 5 shows the laser diode arrangement of FIG. 4 in side view; FIG.

Fig. 6 in einer Darstellung ähnlich Fig. 3 die Laserdiodenanordnung der Fig. 4; FIG. 6 is a view similar to FIG. 3 of the laser diode arrangement of FIG. 4; FIG.

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch bei mehreren in einem Stapel übereinander angeordneten Laserbarren. Fig. 7 is a view similar to FIG. 2, but with a plurality of stacked laser bars in a stack.

Zum besseren Verständnis und zur einfacheren Orientierung sind in den Figuren jeweils mit X, Y und Z drei senkrecht zueinander verlaufende Koordinatenachsen angegeben, die nachstehend auch als X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bezeichnet werden und von denen die X-Achse und die Z-Achse gemeinsam die Zeichenebene (X- Z-Ebene) der Fig. 1, 3, 4 und 6 und die Y-Achse sowie die Z-Achse gemeinsam die Zeichenebene (Y-Z-Ebene) der Fig. 2, 5 und 7 definieren.For better understanding and ease of orientation in the figures, X, Y and Z indicate three mutually perpendicular coordinate axes, hereinafter also referred to as X-axis, Y-axis and Z-axis and of which the X-axis and the Z-axis together the plane of drawing (X-Z plane) of Figs. 1, 3, 4 and 6 and the Y-axis and the Z-axis together the plane of drawing (YZ-plane) of Fig. 2, 5 and 7 define.

In den Fig. 1-3 ist eine Laserdiodenanordnung 1 dargestellt, die u. a. aus einem auf einem Kühler 2 (Wärmesenke) aufgebrachten Diodenlaserbarren 3 besteht, der als Halbleiter- oder Laserchip mit einer Vielzahl von Laserlicht aussendenden Emittern 4 hergestellt ist, die mit ihrer aktiven Schicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, nämlich in der X-Z-Ebene, und die in einer in dieser Ebene verlaufenden Achsrichtung, nämlich in der X-Achse (Slow-Axis) aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet am Barren 3 vorgesehen sind.In FIGS. 1-3, a laser diode array 1 is shown, among other things, applied from a to a cooler 2 (heat sink) diode laser bar 3 consists, is made of a semiconductor or laser chip emitting a plurality of laser light emitters 4, the active with their Layer lie in a common plane, namely in the XZ plane, and which are provided in a direction extending in this plane axial direction, namely in the X-axis (slow axis) successive and spaced from each other on the ingot 3 .

Die einzelnen Emitter 4 liefern jeweils einen Laserstrahl 5, der sowohl in der Fast-Axis, d. h. in der Y-Achse senkrecht zur X-Z-Ebene, als auch in der Slow-Axis, d. h. in der X- Achse senkrecht zur Y-Z-Ebene eine Divergenz aufweist. Zur Behebung dieser Strahldivergenz sind optische Korrekturelemente vorgesehen, und zwar im Strahlengang auf die Emitter 4 folgend zunächst ein unmittelbar am Laserbarren 3 angeordneter Fast-Axis-Kollimator 6 und auf diesen im Strahlengang (in Richtung der Z- Achse) folgend ein Slow-Axis-Kollimator 8. Der Fast-Axis-Kollimator 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform von einem als Zylinderlinse wirkenden Linsenelement 7 gebildet, welches mit seiner Längserstreckung in der X-Achse liegt und in Strahl- Richtung, d. h. in Richtung der Z-Achse von den Emittern 4 derart beabstandet ist, daß diese jeweils im Brennpunkt des Fast-Axis-Kollimators 6 angeordnet sind, d. h. der Abstand gleich der Brennweite des Zylinderlinsenelementes 7 ist. The individual emitters 4 each deliver a laser beam 5 , which is perpendicular to the YZ plane both in the fast axis, ie in the Y axis perpendicular to the XZ plane, and in the slow axis, ie in the X axis Divergence. To correct for this beam divergence, optical correction elements are provided, namely in the beam path following the emitter 4, first a fast axis collimator 6 arranged directly on the laser bar 3 and following this in the beam path (in the direction of the Z axis) a slow axis Collimator 8 . The fast-axis collimator 6 is formed in the illustrated embodiment by a cylindrical lens acting as a lens element 7 , which lies with its longitudinal extent in the X-axis and in the beam direction, ie spaced in the direction of the Z-axis of the emitters 4 such is that these are respectively arranged in the focal point of the fast-axis collimator 6 , that is, the distance is equal to the focal length of the cylindrical lens element 7 .

Die Laserstrahlung der Emitter 4 ist nach dem Durchtritt durch den Fast-Axis-Kollimator 6 in den Figuren mit 5a bezeichnet und bildet entsprechend der Fig. 2 einen in der Fast-Axis (Y-Achse) kollimierten, d. h. parallelen Strahl.The laser radiation of the emitter 4 is denoted by 5a after passing through the fast-axis collimator 6 in the figures and, corresponding to FIG. 2, forms a collimated, ie parallel, beam in the fast-axis (Y-axis).

Der Slow-Axis-Kollimator 8 besteht aus einer Linsenanordnung oder einem Linsen- Arrey, welches sich aus einer Vielzahl von Zylinderlinsensegmenten 9 zusammensetzt, die in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zum Strahlengang, d. h. in einer gemeinsamen X-Y-Ebene angeordnet sind, in Richtung der Slow-Axis, d. h. in Richtung der X-Achse aufeinander folgend und voneinander beabstandet sind und mit ihren parallelen Krümmungsachsen jeweils in der Fast-Axis, d. h. in der Y-Achse Liegen.The slow-axis collimator 8 consists of a lens arrangement or a lens Arrey, which is composed of a plurality of cylindrical lens segments 9 , which are arranged in a common plane perpendicular to the beam path, ie in a common XY plane, in the direction of the Slow -Axis, ie in the direction of the X-axis successive and spaced apart and with their parallel axes of curvature respectively in the fast-axis, ie in the Y-axis lying.

In der Figuren ist mit x1 der Achsabstand (Pitch) bezeichnet, den die Emitter 4 am Barren 3 in Richtung der X-Achse voneinander aufweisen. Mit x2 ist der Achsabstand (Pitch) bezeichnet, den zwei aneinander anschließende Linsenelemente 9 voneinander aufweisen. Für die Abstände x1 und x2 gilt:
In the figures, x 1 denotes the axial distance (pitch) which the emitters 4 on the bar 3 have in the direction of the X-axis from one another. With x 2 , the axial distance (pitch) is referred to, the two adjoining lens elements 9 from each other. For the distances x 1 and x 2, the following applies:

V = x2/x1,
V = x 2 / x 1 ,

wobei V ein ganzzahliges Verhältnis ist und bei der dargestellten Ausführungsform Zwei ist. Es sind aber auch andere ganzzahlige Verhältnisse V möglich.where V is an integer ratio and in the illustrated embodiment Two is. But there are also other integer ratios V possible.

Bei der Laserdiodenanordnung 1 sind der Abstand und die Brennweite des Slow-Axis- Kollimators 8 so gewählt, daß er im Abstand der Brennweite der Linsensegmente 9 vom Barren 3 beabstandet ist und die Laserstrahlen 5a einer ersten Gruppe von Emittern 4 jeweils voll, aber ohne Überstrahlung jeweils auf ein Linsenelement 9 auftrifft, während die Laserstrahlen 5a einer zweiten Gruppe von Emittern 4 auf zwei Linsenelemente 9 auftreffen. Hierfür ist die Breite, die die Linsenelemente 9 in Richtung der Slow-Axis (X-Achse) aufweisen gleich oder in etwa gleich dem Querschnitt der Strahlen 5a in dieser Achse. Weiterhin ist der Slow-Axis-Kollimator 8 bei der Laserdiodenanordnung 1 so orientiert, daß die Mittelachse jedes Laserstrahls 5a (in Richtung der Z-Achse) achsgleich mit der entsprechenden Mittelachse eines Linsensegmentes 9 liegt. In the laser diode assembly 1 , the distance and the focal length of the slow-axis collimator 8 are chosen so that it is spaced from the bar 3 at a distance of the focal length of the lens segments 9 and the laser beams 5 a of a first group of emitters 4 each fully, but without Irradiation each incident on a lens element 9 , while the laser beams 5 a of a second group of emitters 4 impinge on two lens elements 9 . For this purpose, the width, the lens elements 9 in the direction of the slow axis (X-axis) have the same or approximately equal to the cross section of the beams 5 a in this axis. Furthermore, the slow-axis collimator 8 is oriented in the laser diode array 1 so that the central axis of each laser beam 5 a (in the direction of the Z axis) is coaxially aligned with the corresponding central axis of a lens segment 9 .

Es versteht sich, daß der Fast-Axis-Kollimator 8 bzw. dessen Zylinderlinsensegmente 9 in Richtung der Y-Achse eine Höhe aufweisen, die wenigstens gleich, bevorzugt aber größer ist als der entsprechende Querschnitt der Laserstrahlen 5a in dieser Achsrichtung.It is understood that the fast-axis collimator 8 or its cylindrical lens segments 9 in the direction of the Y-axis have a height which is at least equal, but preferably greater than the corresponding cross section of the laser beams 5 a in this axial direction.

Nach dem Durchtritt durch den Fast-Axis-Kollimator 8 ergeben sich drei Teilstrahlen, die in der Fig. 3 mit 5b1, 5b2 und 5b3 bezeichnet sind und von denen der Teilstrahl 5b1 durch die beiden parallelen Linien 10 und 11, der Teilstrahl 5b2 durch die parallelen Linien 12 und 13 und der Teilstrahl 5b3 durch die beiden parallelen Linien 14 und 15 begrenzt sind. Die genannten Teilstrahlen sind auch in der Slow-Axis kollimiert, laufen aber in drei verschiedenen Richtungen auseinander, d. h. der Teilstrahl 5b1 verläuft weiterhin in der Z-Achse, während die Teilstrahlen 5b2 und 5b3 jeweils einen positiven bzw. negativen spitzen Winkel mit der Z-Achse einschließen. In einem ausreichend großen Abstand im Strahlengang hinter dem Slow-Axis- Kollimator 8 sind die Teilstrahlen 5b1-5b3 räumlich voneinander getrennt. Durch ein dort angeordnetes optisches Redirektions-Element, welches bei der dargestellten Ausführungsform von dem Redirektionsprisma 16 gebildet ist, werden die schräg nach außen verlaufenden Laserstrahlen 5b2 und 5b3 derart umgelenkt, daß sich nach dem Durchtritt durch dieses Prisma 16 drei parallelen Strahlen 5c1, 5c2 und 5c3 ergeben, die dann beispielsweise durch eine weitere optische Anordnung für eine Nutzung in einem Punkt abgebildet werden können.After passing through the fast-axis collimator 8 , three partial beams result, which are designated in FIG. 3 with 5b1, 5b2 and 5b3 and of which the partial beam 5 b1 through the two parallel lines 10 and 11 , the partial beam 5 b2 are bounded by the parallel lines 12 and 13 and the sub-beam 5 b3 by the two parallel lines 14 and 15 . The sub-beams mentioned are also collimated in the slow axis, but run apart in three different directions, ie, the sub-beam 5 b1 continues in the Z-axis, while the sub-beams 5 b2 and 5 b3 each with a positive or negative acute angle include the Z axis. At a sufficiently large distance in the beam path behind the slow-axis collimator 8 , the partial beams 5 b1- 5 b3 are spatially separated from each other. By an arranged there optical redirection element, which is formed in the illustrated embodiment of the Redirection prism 16 , the obliquely outwardly extending laser beams 5 b2 and 5 b3 are deflected so that after passing through this prism 16 three parallel beams 5 c1 , 5 c2 and 5 c3, which can then be imaged, for example, by another optical arrangement for use in one point.

Die beschriebene Laserdiodenanordnung 1 hat eine Vielzahl von Vorteilen, nämlich u. a.:The described laser diode arrangement 1 has a number of advantages, namely, inter alia:

Die Linsensegmente 9 des Slow-Axis-Kollimators 8 können über eine relativ große Brennweite verfügen, so daß dieser Kollimator in einem relativ großen Abstand von dem Barren 3 angeordnet werden kann und es dann insbesondere auch keine Probleme bereitet, den Fast-Axis-Kollimator 6 mit ausreichend großer Brennweite und mit dem erforderlichen Platzbedarf von etwa 500-100 µ zwischen dem Barren 3 und dem Slow-Axis-Kollimator 8 anzuordnen. The lens segments 9 of the slow axis collimator 8 can have a relatively large focal length, so that this collimator can be arranged at a relatively large distance from the ingot 3 and in particular also causes no problems, the fast axis collimator 6 with sufficiently large focal length and with the required space of about 500-100 μ between the ingot 3 and the slow-axis collimator 8 to order.

Der Slow-Axis-Kollimator 8 kann mit Linsenabständen x2 hergestellt werden, die im Bereich < 100 µ liegen, was die Herstellung des Slow-Axis-Kollimators 8 wesentlich vereinfacht und darüberhinaus auch die nutzbare Oberfläche dieses Kollimators bzw. des von den Zylinderlinsensegmenten 9 gebildeten Linse-Arreys wesentlich verbessert. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Segmenten 9 insbesondere auch fertigungsbedingt bestimmte Mindestabmessungen aufweisen, so daß bei größeren Linsenabständen x2 und hieraus resultierenden größeren Linsenflächen zwangsläufig auch das Verhältnis zwischen nutzbarer Linsenfläche und den Übergangsbereichen zunimmt.The slow-axis collimator 8 can be produced with lens spacings x 2 which lie in the range of <100 μ, which considerably simplifies the production of the slow-axis collimator 8 and moreover also the usable surface of this collimator or of the cylinder lens segments 9 formed lens Arreys significantly improved. It should be noted that the transition regions between the individual segments 9 in particular have certain minimum dimensions due to production, so that at larger lens spacings x 2 and resulting larger lens surfaces inevitably increases the ratio between usable lens surface and the transition areas.

Das Prisma 16 ist beispielsweise in einer Entfernung von etwa 50-200 mm hinter dem Slow-Axis-Kollimator 8 angeordnet, wo bereits eine vollständige räumliche Trennung der Strahlen 5b1-5b3 vorliegt. Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, erfolgt in Richtung der X-Achse jeweils auf einen Emitter 4 der ersten Gruppe ein Emitter 4 der zweiten Gruppe.The prism 16 is, for example, disposed behind the slow-axis collimator 8, where already a complete physical separation of the beams 5 5 b1 b3 is present at a distance of about 50-200 mm. As shown in FIG. 2, an emitter 4 of the second group takes place in the direction of the X-axis in each case on an emitter 4 of the first group.

Bei der Laserdiodenanordnung 1 wurde davon ausgegangen, daß der Slow-Axis- Kollimator 8 bzw. dessen Linsensegmente 9 so positioniert sind, daß jedem Emitter 4 der ersten Gruppe achsgleich ein Linsensegment 9 gegenüberliegt. Bei einer Ausbildung der Laserdiodenanordnung in dieser Form ergibt sich in Abhängigkeit von dem Verhältnis V die aus der nachstehenden Tabelle ersichtliche Anzahl von Teilstrahlen 5b.In the case of the laser diode arrangement 1 , it was assumed that the slow-axis collimator 8 or its lens segments 9 are positioned such that each emitter 4 of the first group is coaxially opposed by a lens segment 9 . In an embodiment of the laser diode arrangement in this form, depending on the ratio V, the number of partial beams 5 b apparent from the table below results.

Verhältnis V = x2/x1 Ratio V = x 2 / x 1 Anzahl der TeilstrahlenNumber of partial beams 11 11 22 33 33 55 44 77

Die Fig. 4-6 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform eine Laserdiodenanordnung 1a, bei der der Slow-Axis-Kollimator 8 so ausgerichtet ist, daß auf jedes Linsensegment 9 jeweils die Laserstrahlen 5a zweier benachbarter Emitter 4 auftreffen und jeder dieser Laserstrahlen 5a dort in Richtung der X-Achse eine Querschnitsabmessung aufweist, die dem halben Querschnitt eines Zylinderlinsensegmentes 9 in dieser Achse entspricht. Auch bei dieser Ausführung ist der Achsabstand x2 der Linsenelemente 9 doppelt so groß wie der Abstand x1 der Emitter 4 am Barren 3. Figs. 4-6 show as another possible embodiment, a laser diode assembly 1 a, in which the slow-axis collimator 8 is aligned so that each laser segment 5 a of two adjacent emitters 4 impinge on each lens segment 9 and each of these laser beams 5 a there in the direction of the X-axis has a Querschnitsabmessung, which corresponds to half the cross section of a cylindrical lens segment 9 in this axis. Also in this embodiment, the axial distance x 2 of the lens elements 9 is twice as large as the distance x 1 of the emitter 4 on the ingot. 3

Wie insbesondere auch die Fig. 6 zeigt, ergeben sich bei dieser Ausführung nach dem Durchtritt durch den Slow-Axis-Kollimator 8 nur die beiden Teilstrahlen 5b2 und 5b3, die mit der Z-Achse jeweils einen Winkel einschließen und die durch die Linien 12 und 13 bzw. 14 und 15 begrenzt sind. Mit dem Prisma 16a, welches bei dieser Ausführung der Anzahl der Teilstrahlen 5b2 und 5b3 entsprechend nur zwei Prismenabschnitte aufweist, werden die Teilstrahlen 5b2 und 5b3 in die parallelen Teilstrahlen 5c2 und 5c3 umgeformt.As shown in particular in FIG. 6, in this embodiment, after passing through the slow-axis collimator 8, only the two partial beams 5 b 2 and 5 b 3 are formed , which in each case enclose an angle with the z-axis and through the lines 12 and 13 or 14 and 15 are limited. With the prism 16 a, which in this embodiment, the number of partial beams 5 b2 and b3 5 correspondingly only two prism sections, the partial beams are 5 b2 and 5 b3 in the parallel partial beams 5 c2 and 5 c3 transformed.

Die bei der Laserdiodenanordnung 1a vorgesehene versetzte Anordnung des Slow- Axis-Kollimators 8 kann insbesondere sinnvoll sein, wenn in der Ebene dieses Kollimators eine Intensitätsverteilung der von den Laserstrahlen 5a gebildeten Gesamtstrahlung vorliegt, die bestimmte Maxima und Minima aufweist. In diesen Fällen ist es dann sinnvoll, den Slow-Axis-Kollimator 8 so zu positionieren, daß die Minima jeweils auf die Position der Übergänge zwischen den Lisensegmenten 9 ausgerichtet sind.The provided in the laser diode array 1 a staggered arrangement of the slow axis collimator 8 may be particularly useful if in the plane of this collimator there is an intensity distribution of the total formed by the laser beams 5 a total radiation having certain maxima and minima. In these cases, it is then useful to position the slow-axis collimator 8 so that the minima are respectively aligned with the position of the transitions between the Lisen segments 9 .

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß lediglich ein Laserbarren 3 mit einer Vielzahl von Emittern vorgesehen ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, mehrere Laserbarren 3 in mehreren in Richtung der Y-Achse gegeneinander versetzten parallelen Ebenen vorzusehen. Eine Laserdiodenanordnung 1b dieser Art ist in der Fig. 7 dargestellt. Wie gezeigt, ist für jeden Barren 3 bzw. die dortigen Emitter 4 und damit für jede Ebene ein eigener Fast-Axis-Kollimator 6 und auf diesen folgend ein eigener Slow-Axis-Kollimator 8 vorgesehen, während die Redirektionsoptik, die beispielsweise wiederum von einem Prisma 16 oder 16a gebildet ist, für alle Ebenen gemeinsam vorgesehen ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Slow-Axis- Kollimatoren sämtlicher Ebenen zu einem einzigen optischen Bauelement zusammenzufassen.It has been assumed above that only one laser bar 3 with a plurality of emitters is provided. In principle, it is also possible to provide a plurality of laser bars 3 in a plurality of mutually offset in the direction of the Y-axis parallel planes. A laser diode arrangement 1 b of this type is shown in FIG. 7. As shown, a separate fast-axis collimator 6 is provided for each ingot 3 or the emitters 4 there, and thus for each plane, and a separate slow-axis collimator 8 following this, while the redirectional optics, which in turn are provided by a Prism 16 or 16 a is formed, is provided for all levels in common. In principle, it is also possible to combine the slow-axis collimators of all levels into a single optical component.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise auch möglich, das Verhältnis V zwischen den Abständen x2 und x1 zu ändern, wobei sich in Abhängigkeit von diesem Verhältnis auch die Anzahl der Teilstrahlen nach dem Slow-Axis-Kollimator ändert.The invention has been described above by means of exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the inventive idea underlying the invention. For example, it is also possible to change the ratio V between the distances x 2 and x 1 , wherein the number of sub-beams after the slow-axis collimator changes as a function of this ratio.

Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, daß der Fast-Axis-Kollimator 6 von einer durchgehenden bzw. monolitischen Zylinderlinse 7 gebildet ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, anstelle der druchgehenden Zylinderlinse 7 einzelne Linsensegmente zu verwenden, die dann eine individuelle Justierung der Laserstrahlen 5a der einzelnen Emitter 4 oder für mehrere Emitter 4 gemeinsam ermöglichen, beispielsweise um den sogenannten "Smile-Effekt" zu beheben, der dann auftritt, wenn die einzelnen Emitter 4 des entsprechenden Barren 3 nicht exakt in einer gemeinsamen planen Ebene angeordnet sind. It has also been assumed above that the fast-axis collimator 6 is formed by a continuous or monolithic cylindrical lens 7 . Basically, it is also possible to use 7 individual lens segments instead of druchgehenden cylindrical lens, which then allow an individual adjustment of the laser beams 5 a of the individual emitter 4 or for several emitters 4 together, for example, to remedy the so-called "smile effect", the then occurs when the individual emitters 4 of the corresponding ingot 3 are not arranged exactly in a common plane plane.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

, .

11

a, a,

11

c Laserdiodenanordnung
c laser diode arrangement

22

Wärmesenke
heat sink

33

Laserbarren- oder chip
Laser bar or chip

44

Emitter
emitter

55

, .

55

a Laserstrahl
a laser beam

55

b, b

55

c Teilstrahl
c partial beam

66

Fast-Axis-Kollimator
Fast axis collimator

77

Zylinderlinse
cylindrical lens

88th

Slow-Axis-Kollimator
Slow-axis collimator

99

Linsensegment
lens segment

10-1510-15

Linie
line

1616

, .

1616

a Redirektionsprisma
a redirection prism

Claims (14)

1. Optische Anordnung für eine Laserdiodenanordnung mit wenigstens einer Reihe von Laserlicht aussendenden Emitterelementen (4), die in dieser Reihe in einer aktiven Schicht in einer gemeinsamen Ebene (X-Z-Ebene) senkrecht zu ihrer Fast- Axis (Y-Achse) angeordnet sind, und zwar in Richtung ihrer Slow-Axis (X-Achse) aufeinanderfolgen und in einem ersten Abstand (x1) voneinander beabstandet, mit wenigstens einem in Strahlrichtung auf die Emitterelemente (4) folgenden Fast-Axis- Kollimator (6), der eine Kollimation der divergierenden Laserstrahlen (5) der Emitterelemente (4) in der Fast-Axis (Y-Achse) bewirkt, sowie mit einem in Strahlrichtung auf den Fast-Axis-Kollimator (6) folgenden Slow-Axis-Kollilmator (8) mit mehreren Kollimatorelementen (9), die in der Slow-Axis (X-Achse) gegeneinander versetzt und in einem zweiten Abstand (x2) von einander beabstandet sind sowie eine Kollimation der in der Fast-Axis kollimierten Strahlen (5a) auch in der Slow-Axis bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abstand (x2) um ein ganzzahliges Vielfaches größer ist als der erste Abstand (x1).An optical arrangement for a laser diode array having at least one row of laser emitting emitter elements ( 4 ) arranged in this row in an active layer in a common plane (XZ plane) perpendicular to its fast axis (Y axis), namely in the direction of their slow axis (X-axis) follow one another and at a first distance (x 1 ) spaced apart, with at least one in the beam direction to the emitter elements ( 4 ) following fast-axis collimator ( 6 ), the collimation causes the divergent laser beams ( 5 ) of the emitter elements ( 4 ) in the fast axis (Y-axis), and with a following in the beam direction to the fast-axis collimator ( 6 ) Slow-axis Kollilmator ( 8 ) with multiple collimator elements ( 9 ), which are offset from one another in the slow axis (X-axis) and at a second distance (x 2 ) from each other and a collimation of the collimated in the fast-axis beams ( 5 a) in the slow-axis Cause Axis, d adurch characterized in that the second distance (x 2 ) by an integer multiple is greater than the first distance (x 1 ). 2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Strahlengang auf den Slow-Axis-Kollimator (8) folgende Redirektionsoptik (16, 16a) zum Umlenken der aus dem Slow-Axis-Kollimator (8) austretenden, kollimierten und in verschiedenen Richtungen auseinander laufenden Teilstrahlen (5b1-5b3) in parallele Teilstrahlen (5c1-5c3).2. An optical arrangement according to claim 1, characterized by a in the beam path to the slow-axis collimator ( 8 ) following Redirektionsoptik ( 16 , 16 a) for deflecting the slow-axis collimator ( 8 ) emerging, collimated and in different Divergent sub-beams ( 5 b1- 5 b3) into parallel sub-beams ( 5 c1- 5 c3). 3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Achsabstände Zwei ist.3. An optical arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Ratio of the center distances is two. 4. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Achsabstände größer als Zwei ist. 4. An optical arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Ratio of the center distances is greater than two.   5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Redirektionsoptik (16, 16a) eine Prismenanordnung ist.5. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Redirektionsoptik ( 16 , 16 a) is a prism arrangement. 6. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Slow-Axis-Kollimatorsegmente Zylinderlinsensegmente (9) sind.6. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the slow-axis collimator segments are cylindrical lens segments ( 9 ). 7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Slow-Axis-Kollimator von einem monolitischen, mehrere Zylinderlinsensegmente (9) aufweisenden Linsenelement gebildet ist.7. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the slow-axis collimator of a monolithic, a plurality of cylindrical lens segments ( 9 ) having lens element is formed. 8. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Redirektionsoptik (16, 16a) im Strahlengang dort vorgesehen ist, wo die aus dem Slow-Axis-Kollimator (8) austretenden Teilstrahlen (5b1-5b3) bereits einen räumlichen Abstand voneinander aufweisen.8. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Redirektionsoptik ( 16 , 16 a) is provided in the beam path where the from the slow-axis collimator ( 8 ) exiting partial beams ( 5 b1- 5 b3) already have a spatial distance from each other. 9. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens zwei Reihen von Emitterelementen (4), die (Reihen) in in der Fast-Axis (Y-Achse) versetzten Ebenen (X-Z-Ebenen) vorgesehen sind, für die Emitterelemente (4) jeder Ebene ein gesonderter Slow-Axis-Kollimator vorgesehen ist.9. An optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two rows of emitter elements ( 4 ), the (rows) in the fast-axis (Y-axis) offset planes (XZ planes) are provided for the emitter elements ( 4 ) of each level a separate slow-axis collimator is provided. 10. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Emitterelemente (4) der wenigstens zwei Ebenen ein gemeinsamer Slow-Axis-Kollimator (8) vorgesehen ist.10. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a common slow-axis collimator ( 8 ) is provided for the emitter elements ( 4 ) of the at least two planes. 11. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ebene eine gesonderte Redirektionsoptik (16, 16a) vorgesehen ist. 11. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a separate redirecting optics ( 16 , 16 a) is provided for each level. 12. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens zwei Ebenen eine gemeinsame Redirektionsoptik (16, 16a) vorgesehen ist.12. An optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for the at least two levels, a common redirecting optics ( 16 , 16 a) is provided. 13. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Emitterelement von einem Emitter (4) oder einer Gruppe von wenigstens zwei Emittern (4) gebildet ist.13. Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that each emitter element is formed by an emitter ( 4 ) or a group of at least two emitters ( 4 ). 14. Laserdiodenanordnung mit wenigstens einer Reihe von Laserlicht aussendenden Emittern (4), die in dieser Reihe mit ihrer aktiven Schicht in einer gemeinsamen Ebene (X-Z-Ebene) senkrecht zu ihrer Fast-Axis (Y-Achse) angeordnet sind, sowie mit einer optischen Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.14. A laser diode array with at least one row of laser emitting emitters ( 4 ), which are arranged in this row with their active layer in a common plane (XZ plane) perpendicular to their fast axis (Y axis), and with an optical Arrangement according to one of the preceding claims.
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