DE10044522A1

DE10044522A1 - Laser beam guidance system uses ring lens so incident beam diameter, focal length and irradiation angle retain sought distant-plane distribution at maximal power transmission

Info

Publication number: DE10044522A1
Application number: DE2000144522
Authority: DE
Inventors: Peter Schreiber; Stefan Heinemann; Frank Hoeller; Rolf Sand; Hans-Joachim Juranek; Eckhard Langenbach; Hans-Joerg Heimbeck
Original assignee: Fisba Optik AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Carl Zeiss AG
Current assignee: Fisba Optik AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Carl Zeiss AG
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: DE10044522C2

Abstract

The diameter of the laser beam (1) striking the first beam-forming element, the focal length realized by this same element and the irradiation angle of the ring in the first plane (7) are all so optimized as to maintain a given remote-field distribution at maximum power transmission. The beam-forming element takes the preferred form of a ring lens (3) or an axicon combined with a collimating optical system. Ring lens or axicon form an optical deflection phase element in the form of a microstructured lens surface. The beam-forming element (3) has a reflecting surface. The annular aperture in the first near-field plane (7) forms part of a Cassegrain telescope, the whole forming part of an optical satellite communications system.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Strahlführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise Anwen dung bei der Führung eines Laserstrahls durch ein Cassegrain-Teleskop in den freien Raum, das bei der optischen Satellitenkommunikation eingesetzt werden kann.The invention relates to an optical arrangement for Beam guidance according to the preamble of claim 1. Such an arrangement is used for example when guiding a laser beam through a Cassegrain telescope in the free space at the optical satellite communication can be used can.

Die gezielte Ausbreitung eines Laserstrahls durch ei ne ringförmige Aperturöffnung mit möglichst geringen Verlusten erfordert zunächst die Sammlung möglichst der gesamten Laserenergie in die freie Aperturöff nung. Weiterhin soll in großer Entfernung eine mög lichst hohe Intensität mit einem kleinen Divergenz winkel erzeugt werden. Die ringförmige Intensitäts verteilung muß sich somit bei der Freiraumausbreitung nach den Gesetzen der Wellenoptik im Fernfeld in eine Verteilung mit hoher Intensität im Zentrum umwandeln. Konische Wellen mit derartigen Eigenschaften sind als beugungsfreie oder Bessel-Strahlen bekannt.The targeted spreading of a laser beam by egg ne ring-shaped aperture with the smallest possible Losses initially require collection if possible of the total laser energy into the free aperture voltage. Furthermore, it should be possible at a great distance very high intensity with a small divergence angles are generated. The ring-shaped intensity Distribution must therefore be in the expansion of free space according to the laws of wave optics in a far field Convert high intensity distribution in the center. Conical waves with such properties are considered Diffraction-free or Bessel rays are known.

Es ist bekannt, daß mit Hilfe eines Axicons konische Wellen und ringförmige Strahlprofile erzeugt werden können. In US 5 613 965 werden optische Elemente be schrieben, die aus einer konischen und einer abbil denden Fläche bestehen. Anwendungsbereich der dort beschriebenen optischen Anordnung ist die gezielte Laserablation zur Korrektur der Kornea. US 5 405 659 bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem ein Ring system mittels eines Facettenaxicons auf ein Target bei der Laserstrahlbeschichtung eingestrahlt wird. Bei diesen auf die Materialbearbeitung gerichteten Systemem ist nur das Ringprofil von Interesse; der weiteren Ausbreitung der Laserstrahlung wird keine Aufmerksamkeit geschenkt.It is known that with the help of an axicon conical Waves and annular beam profiles are generated can. In US 5 613 965 optical elements are wrote that consist of a conical and an abbil end surface exist. Scope of application there described optical arrangement is the targeted Laser ablation to correct the cornea. US 5,405,659 refers to a process in which a ring system using a facet axicon on a target is irradiated during the laser beam coating. These are aimed at material processing Only the ring profile is of interest to the system; the there will be no further spread of the laser radiation Paid attention.

Für die Erzeugung von sogenannten beugungsfreien oder Bessel-Strahlen sind verschiedene Anordnungen be kannt. In EP 0 525 801 A2 wird durch ein Hologramm eine konische Welle erzeugt, aus der ein divergenter Ringstrahl hervorgeht, welcher von einem zweiten Ho logramm kollimiert und von einem dritten Hologramm in einen Bessel-Strahl umgeformt wird. In US 5 583 342 wird für einen Laserscanner eines Fluoreszenzmikros kops eine optische Anordnung aus zwei gegeneinander ausgerichteten Axicons beschrieben. Das erste Axicon erzeugt eine sich konisch ausbreitende Welle. Mit dem in einem bestimmten Abstand zum ersten Axicon ange ordneten zweiten Axicon wird ein ringförmiges paral leles Strahlenbünden erzeugt, das durch eine weitere optische Einheit in einen Bessel-Strahl fokussiert wird. Die Anordnung von zwei Axicons gegeneinander ist besonders kritisch bezüglich der Justieranforderungen und bezüglich der Stabilität zu bewerten.For the generation of so-called diffraction-free or Bessel rays are different arrangements known. In EP 0 525 801 A2 there is a hologram creates a conical wave from which a divergent Ring beam emerges, which is from a second Ho logram and collimated by a third hologram a Bessel beam is formed. In US 5 583 342 is used for a laser scanner of a fluorescence microscope kops an optical arrangement of two against each other aligned axicons. The first axicon creates a conically spreading wave. With the at a certain distance from the first axicon ordered second axicon becomes an annular paral leles radiation bundles generated by another optical unit focused in a Bessel beam becomes. The arrangement of two axicons against each other is particularly critical with regard to the adjustment requirements and evaluate in terms of stability.

Die bekannten technischen Lösungen gehen somit davon aus, weitgehend parallele Ringstrahlen mit einem wei teren optischen System so zu fokussieren, daß ein Bessel-Strahl entsteht. Alternativ werden die Bessel- Strahlen direkt aus der konischen Welle erzeugt, wo bei im Nahbereich kein Ringstrahl verfügbar ist.The known technical solutions are based on this off, largely parallel ring beams with a white focus optical system so that a Bessel beam emerges. Alternatively, the Bessel Rays generated directly from the conical wave where when there is no ring jet available at close range.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Anordnung zur Strahlführung eines La serstrahls durch eine ringförmige Aperturöffnung, die in einer im Nahbereich befindlichen ersten Ebene an geordnet ist, bei gleichzeitiger Erzeugung einer ma ximalen Intensität im Zentrum einer zweiten, sehr weit entfernten Ebene, mit einem strahlformenden Ele ment, das die Laserstrahlung nahezu beugungsbegrenzt in einen Ring fokussiert, so daß die so erzeugte ringförmige Intensitätsverteilung in ihren lateralen Abmessungen der ringförmigen Aperturöffnung in der ersten Ebene angepaßt ist, zu schaffen, bei der der Ringstrahl in der ersten Ebene ohne ein weiteres op tisches System in einen Bessel- oder besselähnlichen Strahl übergeht.It is therefore the object of the present invention an optical arrangement for beam guidance of a La through an annular aperture, the in a near first level is ordered, while generating a ma ximal intensity at the center of a second, very far away plane, with a beam-shaping ele ment that limits the laser radiation almost diffraction focused in a ring so that the one so generated circular intensity distribution in their lateral Dimensions of the annular aperture in the first level is adapted to create, at which the Ring beam in the first level without another op table system into a Bessel or Bessel-like Beam passes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine opti sche Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsge mäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by an opti cal arrangement with the features of claim 1 ge solves. Advantageous further developments of the fiction The appropriate arrangement results from the subclaims.

Dadurch, daß der Durchmesser des auf das strahlfor mende Element einfallenden Laserstrahls, die durch das strahlformende Element realisierte Brennweite und der Abstrahlwinkel des Ringstrahls in der ersten Ebe ne so optimiert sind, daß eine vorgegebene Fernfeld verteilung bei maximaler Leistungstransmission erhalten wird, werden die wellenoptisch begründeten Beu gungseffekte optimal ausgenutzt, um ein Ergebnis im Sinne der Aufgabenstellung zu erreichen.The fact that the diameter of the beam for element of the incident laser beam that passes through the beam shaping element realized focal length and the beam angle of the ring beam in the first plane ne are optimized so that a given far field Distribution received at maximum power transmission the Beu optimally exploited effects to achieve a result in To achieve the purpose of the task.

Es wird zunächst die die Linsenwirkung des strahlfor menden Elements beschreibende Brennweite f so ge wählt, daß für den als Startparameter gegebenen Gauß bündeldurchmesser 2w des kollimierten Eingangsbündels der beugungsbedingte Taillendurchmesser 2w₀ an die vorgegebene freie Öffnung der Ringapertur angepaßt wird. Dies erfolgt gemäß der Gleichung
First, the focal length f describing the lens effect of the beam-forming element is selected so that the diffraction-related waist diameter 2 w _{0 is} adapted to the predetermined free opening of the ring aperture for the Gaussian bundle diameter 2 w of the collimated input bundle as the starting parameter. This is done according to the equation

w₀ = fλ/Πw
w ₀ = fλ / Πw

wobei λ die Wellenlänge des eingestrahlten Laser lichts darstellt. Auf diese Weise wird im ersten De signschritt eine optimale Leistungstransmission durch die ringförmige Aperturöffnung der ersten Ebene er möglicht.where λ is the wavelength of the irradiated laser represents light. In this way, in the first De sign an optimal power transmission through the annular aperture opening of the first level made possible.

Bei der Optimierung der Fernfeldintensität werden dann die Abstrahlwinkel der Zentroide der Ringsegmen te und die Breite des Ringes des erzeugten Strahlen bündels geeignet eingestellt, indem die Kombination von Strahldurchmesser 2w des einfallenden Gaußbün dels, Brennweite f und Abstrahlwinkel des strahlfor menden Elements - der die Axiconwirkung des Elements beschreibt - gemeinsam verändert wird, bis eine opti male Annäherung an die gewünschte Fernfeldverteilung bei maximaler Leistungstransmission erreicht ist. Die Bewertung des Systems erfolgt mit einer Computersimu lation mittels numerischer Berechnung des Beugungsin tegrals oder bekannter FFT-Algorithmen (J. Hayes, "Fast Fourier Transforms and their Applications", Applied Optics ans Optical Engineering, Band 11, Eds. R. Shannon and J. Wyant, Academic Press, 1991). Als Optimierungskriterien dienen die Leistungstransmissi on des Systems und ausgewählte Parameter - zum Bei spiel die Divergenz - des Fernfeld, die zu einer ge eigneten Bewertungsfunktion verknüpft werden. Die ei gentliche Optimierung kann mittels eines Damped Least Squares-Algorithmus erfolgen (Gregory K. Hearn, "The evolution of optimization algorithms", in "Lens De sign", Ed. W. J. Smith, SPIE Optical Engineering Press 1992).When optimizing the far-field intensity, the radiation angle of the centroids of the ring segments and the width of the ring of the beams generated are suitably adjusted by combining the beam diameter 2 w of the incident Gaussian beam, focal length f and radiation angle of the beam-forming element - the effect of the axicon of the element describes - is changed together until an optimal approximation to the desired far field distribution is achieved with maximum power transmission. The system is evaluated using computer simulation using numerical calculation of the diffraction integral or known FFT algorithms (J. Hayes, "Fast Fourier Transforms and their Applications", Applied Optics ans Optical Engineering, Volume 11 , Eds. R. Shannon and J Wyant, Academic Press, 1991). The system's power transmission and selected parameters - for example divergence - of the far field serve as optimization criteria, which are linked to form a suitable evaluation function. The actual optimization can be carried out using a damped least squares algorithm (Gregory K. Hearn, "The evolution of optimization algorithms", in "Lens Design", Ed. WJ Smith, SPIE Optical Engineering Press 1992 ).

Zur Veränderung des Bündeldurchmessers des Eingangs strahls in der Ebene des strahlformenden Elements können die Brennweite der Kollimatoroptik oder eine separate Strahlaufweitung verwendet werden. Das strahlformende Element kann dabei in dem kollimierten Laserstrahl oder auch im divergenten oder konvergen ten Laserstrahl angeordnet werden.For changing the bundle diameter of the entrance beam in the plane of the beam-shaping element can the focal length of the collimator optics or a separate beam expansion can be used. The beam-shaping element can be in the collimated Laser beam or also in divergent or convergent th laser beam can be arranged.

Das strahlformende Element ist zweckmäßig als asphä risch korrigierte Ringlinse oder als Axicon in Kombi nation mit einer Sammellinse bzw. einer korrigierten Optik ausgeführt. Die Ringlinse erzeugt direkt die geforderten Intensitätsverteilungen in den beiden be schriebenen Ebenen. Das Axicon generiert zunächst ei ne konische Welle, die durch die Sammellinse in den beugungsbegrenzten Ringstrahl mit der gewünschten Fernfeldeigenschaft kollimiert wird. Die Ringlinse und das Axicon können als refraktive Elemente oder als beugungs-optische Phasenelemente wie beispiels weise Fresnel-Zonenplatten hergestellt werden. Bevor zugte Herstellungsverfahren sind Strukturierungsver fahren, wie sie aus der Mikrooptik bekannt sind. Um eine kompakte Bauweise zu erreichen, können die Funk tionsflächen der Ringlinse und des Axicons auch bei spielsweise auf eine Fläche einer Linse aufgebracht oder strukturiert werden, wodurch in bekannter Weise ein Hybridelement entsteht. Das strahlformende Ele ment wird vorzugsweise als Transmissionselement be nutzt, aber auch reflektierende Flächen können zum Einsatz kommen.The beam-shaping element is useful as an aspheric ring lens or as an axicon in combination nation with a converging lens or a corrected one Optics executed. The ring lens creates that directly required intensity distributions in the two be written levels. The Axicon first generates egg ne conical shaft, which through the converging lens into the diffraction-limited ring beam with the desired Field property is collimated. The ring lens and the axicon can be used as refractive elements or as diffractive optical phase elements such as wise Fresnel zone plates are produced. before Manufacturing processes are structuring ver drive as they are known from micro-optics. Around The Funk can achieve a compact design surfaces of the ring lens and the axicon also for example applied to a surface of a lens or be structured, whereby in a known manner a hybrid element is created. The beam-shaping Ele ment is preferably used as a transmission element uses, but also reflective surfaces can Come into play.

Die durch die erfindungsgemäße Anordnung erzeugte Ringintensität kann durch nachfolgende optische Systeme an das Gesamtsystem angepaßt werden. Eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung kann vorzugsweise durch telezentrische Optiken vorgenommen werden, wo bei der ursprünglich erzeugte Ring abgebildet wird. Die Strahlausbreitung vom Ringbild in das geforderte Fernfeld erfolgt dann ohne Beeinflussung durch weite re optische Elemente. Bei Verwendung eines Kepler- Teleskops kann durch Raumfilterung im Brennpunkt der ersten Linse eine Streulichtminderung vorgenommen werden. Bei einem bedeutenden Anwendungsfall der er findungsgemäßen Anordnung wird die Ringintensität da zu erzeugt, um einen Laserstrahl nahezu verlustfrei am Sekundärspiegel eines Cassegrain-Teleskops vorbei zuleiten. Dies ist insbesondere für die optische Sa tellitenkommunikation von Interesse, bei der Emp fangs- und Sendekanal gemeinsam über das Cassegrain- Teleskop geführt werden. Der Sendelaserstrahl muß nach Passieren des Cassegrain-Teleskops eine maximale Fernfeldintensität im Gesichtsfeld des Empfängers ha ben. Vorzugsweise wird für diese Anwendung ein Nd:YAG-Laser mit der Wellenlänge von 1,06 µn einge setzt.The generated by the arrangement according to the invention Ring intensity can be determined by the following optical Systems can be adapted to the overall system. A Enlargement or reduction can be preferred be made through telecentric optics where where the originally created ring is shown. The beam spread from the ring pattern into the required one Far field then takes place without being influenced by distance re optical elements. When using a Kepler Telescopes can be focussed on by spatial filtering first lens a stray light reduction become. In a significant use case of the arrangement according to the invention, the ring intensity is there to generate a laser beam almost lossless past the secondary mirror of a Cassegrain telescope forward. This is particularly true for the optical Sa tellite communication of interest, at the Emp catch and transmit channel together via the Cassegrain Be guided telescope. The transmission laser beam must maximum after passing through the Cassegrain telescope Far field intensity in the field of view of the recipient ha ben. It is preferred for this application Nd: YAG laser with the wavelength of 1.06 µn turned on puts.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fi guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert. Es zeigen:The invention is described in the following with the aid of FIGS guren illustrated embodiments he closer purifies. Show it:

Fig. 1 eine Anordnung mit einer Ringlinse als strahlformendes Element, Fig. 1 shows an arrangement with a ring lens as a beam shaping element,

Fig. 2 eine Anordnung mit einer Kombination aus Axicon und Sammellinse als strahlformendem Element, Fig. 2 shows an arrangement with a combination of axicon and converging lens as strahlformendem element,

Fig. 3 das Oberflächenprofil des in Fig. 1 verwen deten strahlformenden Elements, Fig. 3 shows the surface profile of the USAGE in Fig. 1 Deten beam-shaping element,

Fig. 4 die Intensitäts- und Phasenverteilung in ei nem Abstand von 80 mm hinter dem strahlfor menden Element nach Fig. 1, Fig. 4, the intensity and phase distribution in egg nem distance of 80 mm behind the strahlfor Menden element according to Fig. 1,

Fig. 5 die Intensitäts- und Phasenverteilung am Ausgang eines Cassegrain-Teleskops, in wel chem sich die erste Ebene befindet, bei ei ner Anordnung nach Fig. 1, und Fig. 5 shows the intensity and phase distribution at the output of a Cassegrain telescope, in which chem the first level is, with an arrangement according to Fig. 1, and

Fig. 6 die Intensitätsverteilung in 6000 km Entfer nung von der Anordnung nach Fig. 1. Fig. 6, the intensity distribution in 6000 km Entfer voltage of the arrangement of FIG. 1.

Gemäß Fig. 1 wird ein beispielsweise aus einer Faser austretender Laserstrahl 1 durch eine Linse 2 kolli miert. Im kollimierten Laserstrahl ist eine Ringlinse 3 als strahlformendes Element angeordnet, welche in einem bestimmten Abstand in der ersten Ebene 4 die geforderte ringförmige Intensitätsverteilung erzeugt. Mit einem nachfolgenden Kepler-Teleskop, bestehend aus den Linsen 5 und 6, wird der Ring vergrößert in eine neue Ebene 7 abgebildet, die zur Ebene 4 konju giert ist. In der Ebene 7 kann beispielsweise der Se kundärspiegel eines Cassegrain-Teleskops (nicht dar gestellt) angeordnet sein. Eine Blende 8 innerhalb des Kepler-Teleskops dient als Raumfilter zur Minde rung von unerwünschtem Streulicht in der Ringebene 7. In sehr großen Entfernungen 11 bildet sich dann eine Feldamplitudenverteilung ähnlich der Besselfunktion J₀ der ersten Gattung nullter Ordnung aus. Dieser Bessel-Strahl breitet sich stabil mit einer im we sentlichen beugungsbegrenzten Divergenz im Raum aus mit einer maximalen Intensität im Zentrum der weit entfernten Ebene 11.According to Fig. 1 an example, emerging from a fiber laser beam 1 is mized kolli by a lens 2. An annular lens 3 is arranged in the collimated laser beam as a beam-shaping element, which generates the required annular intensity distribution at a certain distance in the first plane 4 . With a subsequent Kepler telescope, consisting of lenses 5 and 6 , the ring is shown enlarged in a new level 7 , which is conjugated to level 4 . In level 7 , for example, the secondary mirror of a Cassegrain telescope (not shown) can be arranged. An aperture 8 within the Kepler telescope serves as a spatial filter to minimize unwanted stray light in the ring plane 7th At very large distances 11 , a field amplitude distribution similar to the Bessel function J _{0 of} the first genus of the zero order then forms. This Bessel beam propagates stably with an essentially diffraction-limited divergence in space with a maximum intensity in the center of the far-distant plane 11 .

Bei einem konkreten Dimensionierungsbeispiel ist eine Singlemodefaser mit einer numerischen Apertur von 0,11 bei der Wellenlänge 1064 nm als Quelle für den Laserstrahl mit einer Ausgangsleistung von 1 W vorge sehen. Das aus der Faser austretende Bündel wird durch eine beugungsbegrenzte Optik mit einer Brenn weite von 5,65 mm kollimiert. dieses kollimierte Gaußbündel mit einem 1/e²-Durchmesser von 0,625 mm passiert das strahlformende Element aus Quarzglas mit einem radialsymmetrischen Oberflächenprofil entspre chend Fig. 3. Das Profil des Strahlformers kann kon tinuierlich realisiert oder - wie auch in Fig. 3 an gedeutet - durch ein binäres Stufenprofil angenähert werden. Die Herstellung erfolgt z. B. durch Ionen strahlätzen. Die Optimierung der Profilparameter er folgte auf eine möglichst gleichmäßige und effiziente Ausleuchtung eines Winkelbereichs von ±4 µrad im Fernfeld des Gesamtsystems.In a specific dimensioning example, a single-mode fiber with a numerical aperture of 0.11 at a wavelength of 1064 nm is provided as a source for the laser beam with an output power of 1 W. The bundle emerging from the fiber is collimated by diffraction-limited optics with a focal length of 5.65 mm. this collimated Gaussian bundle with a 1 / e ² diameter of 0.625 mm passes through the beam-shaping element made of quartz glass with a radially symmetrical surface profile accordingly FIG. 3. The profile of the beam former can be realized continuously or - as also indicated in FIG a binary step profile can be approximated. The production takes place e.g. B. beam etching by ions. The optimization of the profile parameters was based on the most uniform and efficient illumination of an angular range of ± 4 µrad in the far field of the overall system.

In einem Abstand von 80 mm hinter dem Strahlformer entsteht eine ringförmige Intensitätsverteilung ent sprechend Fig. 4 (hierin sind der Intensitätsverlauf ausgezogen und der Phasenverlauf gestrichelt darge stellt). Diese wird durch ein Keplerteleskop um das 10-fache vergrößert. In einem Abstand von 1000 mm nach diesem Hilfsteleskop ist eine Ringblende - ge bildet durch die Zentralabschattung des Sekundärspie gels mit dem Durchmesser 52 mm und die 120 mm Öffnung eines Cassegrainteleskops ebenfalls mit der Vergröße rung 1 : 10 - angeordnet. Die Leistungstransmission durch die Ringblende beträgt ca. 86%.At a distance of 80 mm behind the beam former, an annular intensity distribution is produced in accordance with FIG. 4 (here the intensity curve is drawn out and the phase curve is shown in dashed lines). This is magnified 10 times by a Kepler telescope. At a distance of 1000 mm from this auxiliary telescope there is a ring diaphragm - formed by the central shading of the secondary mirror with a diameter of 52 mm and the 120 mm opening of a Cassegraint telescope, also with a 1:10 magnification. The power transmission through the ring diaphragm is approx. 86%.

Am Ausgang dieses Teleskops liegt eine Intenisätsver teilung gemäß Fig. 5 vor. In sehr großem Abstand (6000 km) bildet sich dann eine Feldverteilung ähn lich einem Besselstrahl aus (Fig. 6), die die ge wünschte möglichst homogene Ausleuchtung im Winkelbe reich ±4 µrad realisiert.At the exit of this telescope there is an intensity distribution according to FIG. 5. A very large distance (6000 km) then forms a field distribution similar to a Bessel beam ( Fig. 6), which achieves the desired homogeneous illumination in the angular range of ± 4 µrad.

Gemäß Fig. 2 wird der Laserstrahl 1 ebenfalls durch die Linse 2 kollimiert. Das strahlformende Element besteht aus einem Axicon 9 und einer Linse 10. Das Axicon 9 erzeugt eine konisch auseinanderlaufende Welle, die von der Linse 10 kollimiert wird. Gleich zeitig wird am bildseitigen Brennpunkt der Linse 10 die beugungsbegrenzte Ringintensität in der Ebene 7 erzeugt, in der der Sekundärspiegel eines Cassegrain- Teleskops angeordnet sein kann. Das Fernfeldverhalten ist dem in Fig. 1 äquivalent. Bei zusätzlichem Ein satz eines Kepler-Teleskop kann ein Raumfilter reali siert werden.Referring to FIG. 2, the laser beam 1 is also collimated by the lens 2. The beam-shaping element consists of an axicon 9 and a lens 10 . The axicon 9 generates a conically diverging wave which is collimated by the lens 10 . At the same time, the diffraction-limited ring intensity is generated in the plane 7 at the focal point of the lens 10 on the image side, in which the secondary mirror of a Cassegrain telescope can be arranged. The far field behavior is equivalent to that in FIG. 1. If a Kepler telescope is also used, a room filter can be implemented.

Claims

1. Optical arrangement for beam guidance of a laser beam ( 1 ) through an annular aperture opening which is arranged in a first level ( 7 ) located in the vicinity, while at the same time generating a maximum intensity in the center of a second, very distant level ( 11 ) with a beam-shaping element which focuses the laser radiation almost diffraction-limited in a ring, so that the annular intensity distribution thus generated is adapted in its lateral dimensions to the annular aperture opening in the first plane ( 7 ), characterized in that the diameter of the laser beam incident on the beam-shaping element, the focal length realized by the beam-shaping element and the radiation angle of the ring beam in the first plane ( 7 ) are optimized such that a predetermined far field distribution is obtained with maximum power transmission.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the beam-shaping element is designed as a ring lens ( 3 ).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the beam-shaping element is designed as an axicon ( 9 ) combined with egg ner collimation optics ( 10 ).

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the ring lens ( 3 ) or the axicon ( 9 ) is designed as a diffraction-optical phase element.

5. Arrangement according to claim 4, characterized net that the phase element as microstructured te surface of a lens is formed.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, there characterized in that the beam-shaping Element at least one reflective surface contains.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, there characterized in that further optical construction elements or assemblies to adapt the Diameter of the laser beam and / or for ver Enlargement or reduction of the Rin produced are provided.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that a Kepler telescope ( 5 ), ( 6 ) is provided to enlarge or reduce the ring, which is designed to reduce stray light as a spatial filter.

9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, there characterized in that the annular aper opening is part of a Cassegrain telescope.

10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, there characterized in that they are part of an opti is satellite communication system.