DE102004040608A1

DE102004040608A1 - Diodenlaser mit einer optischen Einrichtung zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls

Info

Publication number: DE102004040608A1
Application number: DE200410040608
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Köhler; Jens Dr. Biesenbach; Matthias Dr. Haag
Original assignee: Dilas Diodenlaser GmbH
Current assignee: Dilas Diodenlaser GmbH
Priority date: 2004-08-21
Filing date: 2004-08-21
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-22
Also published as: EP1779482A1; JP2008511131A; WO2006021298A1; DE102004040608B4

Abstract

Ein Diodenlaser enthält eine optische Einrichtung (10) zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls (12) am Ort eines Objektes (16), der aus einer Mehrzahl von Teilstrahlen (8·(1)·, 8·(2)·, ...8·(n)·) besteht, die von einer Mehrzahl von Diodenlaserelementen (2·(1)·, 2·(2)·, ...2·(n)·) erzeugt werden. Die optische Einrichtung (10) ist den Diodenlaserelementen (2·(1)·, 2·(2)·, ...2·(n)·) nachgeordnet und enthält ein erstes Volumen-Bragg-Gitter (18), das jeweils nur einen Spektralbereich (lambda¶B¶·(1)·, DELTAlambda¶B¶·(1)·, ..., lambda¶B¶·(2)·, DELTAlambda¶B¶·(2)·, ...lambda¶B¶·(n)·, DELTAlambda¶B¶·(n)·) der aus den Diodenlaserelementen (2·(1)·, 2·(2)·, ...2·(n)·) austretenden Teilstrahlen (8·(1)·, 8·(2)·, ...8·(n)·) teilweise in das jeweilige Diodenlaserelement (2·(1)·, 2·(2)·, ...2·(n)·) zurückreflektiert und den überwiegenden Teil nur dieses Spektralbereichs (lambda¶B¶·(1)·, DELTAlambda¶B¶·(1)·, ...lambda¶B¶·(2)·, DELTAlambda¶B¶·(2)·, ...lambda¶B¶·(n)·, DELTAlambda¶B¶·(n)·) transmittiert, wobei die mittleren Wellenlängen (lambda¶B¶·(1)·, lambda¶B¶·(2)·, ...lambda¶B¶·(n)·) der aus verschiedenen Teilstrahlen (8·(1)·, 8·(2)·, ...8·(n)·) jeweils gefilterten Spektralbereiche (lambda¶B¶·(1)·, DELTAlambda¶B¶·(1)·, ..., lambda¶B¶·(2)·, DELTAlambda¶B¶·(2)·, ...lambda¶B¶·(n)·, DELTAlambda¶B¶·(n)·) voneinander verschieden sind. Mit einem zweiten Gitter (24) werden die vom ersten Volumen-Bragg-Gitter (18) transmittierten Teilstrahlen (8·(1)·, 8·(2)·, ...8·(n)·) kollinear im Ausgangslaserstrahl (12) überlagert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diodenlaser mit einer optischen Einrichtung zur Erhöhung der Intensität eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls.
Ein Diodenlaser enthält als laseraktives Element einen optoelektronischen Halbleiterchip, die sogenannte Laserdiode, die insbesondere bei Diodenlasern aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelemittern bestehen kann. Ein Ausführungsbeispiel zur Erzielung hoher optischer Ausgangsleistung ist eine monolithische Anordnung von Einzelemittern in einem sogenannten Laserdioden-Barren. Ein solcher Laserdioden-Barren ist typischerweise etwa 5-10mm breit (lateral), 0,10-0,15mm hoch (vertikal) und weist Resonatorlängen zwischen 0,3 und 2,5mm auf (transversal). Bei den sogenannten Kantenemittern tritt die in den pn-Übergängen der Laserdiode erzeugte Laserstrahlung an einer der lateralen Seiten (Austritts- oder Vorderseite, Emitterfacette) aus. Die gegenüberliegende Seite (Rückseite) ist hochreflektierend verspiegelt und bildet den Rückspiegel des Resonators.
Jeder Laserdioden-Barren erzeugt einen schmalen annähernd rechteckigen Laserstrahl, der aus einer Vielzahl von Teilstrahlen zusammengesetzt ist, die aus den einzelnen Emittern austreten, und dessen Strahleigenschaften in lateraler Richtung des Laserdioden-Barrens (Breite), der sogenannten slow axis, von den Strahleigenschaften in der dazu senkrechten Achse (Epitaxierichtung), der sogenannten fast axis, deutlich abweichen.

Aufgrund dieser stark asymmetrischen Strahleigenschaften der Laserdioden-Barren sowie der Notwendigkeit, in einem Hochleistungs-Diodenlaser mehrere solcher Laserdioden-Barren nebeneinander oder aufeinander in einem Stapel anzuordnen, erfordert insbesondere der Aufbau eines Hochleistungs-Diodenlasers in der Regel komplexe optische Einrichtungen zur Strahlformung, d. h. zur Strahlsymmetrisierung und Strahlüberlagerung. Dies gilt insbesondere für Diodenlaser, bei denen der Laserstrahl in eine Lichtleitfaser eingekoppelt wird und der linienförmige Strahl der einzelnen Laserdioden-Barren in ein nahezu quadratisches, oder idealerweise rundes Profil umgewandelt werden muss. Ein Diodenlaser mit einer solchen Strahlformungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 46 532 C1 bekannt.

Während eine Symmetrisierung des Ausgangslaserstrahls durch Umordnung der aus den einzelnen Emittern jeweils austretenden Teilstrahlen und eine damit herbeigeführte Strahlsymmetrisierung im Prinzip für eine beliebige Anzahl von Emittern möglich ist, erfordert eine Erhöhung der Strahldichte des Ausgangslaserstrahls eine kollineare räumliche Überlagerung der einzelnen Teilstrahlen. Die Strahldichte (Intensität pro Raumwinkeleinheit) oder Brightness (radiance) der Strahlung, die von einer Strahlquelle emittiert wird, die aus mehreren räumlich voneinander getrennten Einzelquellen zusammengesetzt ist, und nicht in einer Kohärenzbeziehung zueinander stehen, kann jedoch nur dann erhöht werden, wenn die einzelnen Teilstrahlen sich in ihren physikalischen Eigenschaften derart unterscheiden, dass sie mit entsprechend selektiv wirkenden Strahlteilern räumlich überlagert werden können. Dies ist möglich, wenn sich die Teilstrahlen in ihrer Polarisation oder Wellenlänge unterscheiden.

Durch eine Polarisationskopplung, wie sie beispielsweise aus der DE 198 46 532 C1 für die Kopplung zweier Laserdioden-Barren-Stapel bekannt ist, kann aufgrund der nur zwei unabhängigen Polarisationsgrade nur eine maximale Erhöhung der Strahldichte um einen Faktor zwei erreicht werden. Demgegenüber ist eine Wellenlängenkopplung grundsätzlich für eine Vielzahl von Teilstrahlen möglich, solange sich diese nur hinreichend in ihrer Wellenlänge unterscheiden und mit Hilfe von spektral selektiven dielektrischen Spiegelsystemen möglichst verlustarm überlagert werden zu können. In der Praxis hat sich dabei gezeigt, dass bei Verwendung dielektrischer Spiegelsysteme ein minimaler Wellenlängenabstand für die Kopplung unpolarisierter Teilstrahlen im Infrarotbereich etwa 40nm betragen muss. Dadurch ist diese Methode der Wellenkopplung für die Teilstrahlen eines einzelnen Laserdioden-Barren grundsätzlich nicht anwendbar, da die Emitter eines Laserdioden-Barrens im Regelfall annähernd gleiche Wellenlängen besitzen. Eine Wellenlängenkopplung mit dielektrischen Spiegeln wird daher nur für die Kopplung von mehreren Laserdioden-Barren oder mehreren Stapeln mit unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Diodenlaser mit einer optischen Einrichtung zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls anzugeben, die bei einfachem Aufbau die räumliche Kopplung einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhten Anzahl von Teilstrahlen ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, mit einem Diodenlaser mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält ein Diodenlaser eine optische Einrichtung zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls in einer Anwendungsebene, der aus einer Mehrzahl von Teilstrahlen besteht, die von einer Mehrzahl von Diodenlaserelementen erzeugt werden, wobei die optische Einrichtung den Diodenlaserelementen nachgeordnet ist. Gemäß der Erfindung enthält die optische Einrichtung ein erstes Volumen-Bragg-Gitter, das jeweils nur einen Spektralbereich der aus den Diodenlaserelementen austretenden Teilstrahlen teilweise in das jeweilige Diodenlaserelement zurückreflektiert und den überwiegenden Teil nur dieses Spektralbereichs transmittiert, wobei die mittleren Wellenlängen der aus verschiedenen Teilstrahlen jeweils gefilterten spektralen Anteile voneinander verschieden sind. Dem ersten Volumen-Bragg-Gitter ist ein zweites Gitter, vorzugsweise ebenfalls ein Volumen-Bragg-Gitter, zur kollinearen räumlichen Überlagerung der vom ersten Volumen-Bragg-Gitter transmittierten Teilstrahlen im Ausgangslaserstrahl nachgeschaltet.

Durch die Wellenlängenkopplung gemäß der Erfindung wird außerdem das Strahlparameterprodukt und somit die Strahlqualität eines Laserdioden-Barrens in der Ebene der slow axis signifikant von typisch 500mm·mrad bei 10mm Barrenbreite um einen aus dem Verhältnis aus Barrenbreite und Einzelemitterbreite gebildeten Faktor 10mm/0,15mm auf etwa 10mm·mrad verbessert.

Durch die Verwendung eines ersten holographischen oder Volumen-Bragg-Gitters ist es möglich, auch die bereits relativ schmalbandig aus den Diodenlaserelementen austretenden Teilstrahlen nochmals hinsichtlich ihrer spektralen Bandbreite einzuengen. Auf diese Weise können spektral voneinander ver schiedene Teilstrahlen erzeugt werden, die sich hinsichtlich ihrer mittleren Wellenlänge hinreichend unterscheiden und schmalbandig auf diese Wellenlänge stabilisiert sind, um mit dem zweiten Gitter weitgehend verlustfrei überlagert werden zu können.

Die Verwendung eines holographischen Gitters zum Durchführen eines Wellenlängenmultiplex ist zwar dem Prinzip nach bereits aus der US 5,691,989 bekannt. Ziel dieser bekannten Anwendung ist jedoch nicht die Erhöhung der Strahldichte oder Brightness eines Laserstrahls am Ort eines durch den Laserstrahl in seinen physikalischen Eigenschaften zu verändernden Objekts, beispielsweise dessen thermische Bearbeitung, sondern die Erhöhung der Bandbreite bei der optischen Nachrichtenübertragung mit einer Lichtleitfaser durch die gleichzeitige Übertragung spektral separierbarer Laserstrahlen und deren anschließende Trennung in einem Demultiplexer.

Ein Diodenlaser im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine übergeordnete Baueinheit, die aus einer Mehrzahl von Diodenlaserelementen zusammengesetzt ist. Ein solcher Diodenlaser kann sowohl eine durch eine Gruppe von Einzelemittern, die dann im Sinne der Erfindung als Diodenlaserelement bezeichnet werden, oder eine durch eine Gruppe von Laserdioden, beispielsweise durch eine Gruppe von Laserdioden-Barren, die jeweils eine Vielzahl von einzelnen Emittern enthalten, gebildete Anordnung sein. Im letzteren Fall werden dann die Laserdioden-Barren als Diodenlaserelement bezeichnet.

Um eine möglichst verlustfreie Kopplung der Teilstrahlen zu ermöglichen ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Differenz der mittleren Wellenlänge spektral be nachbarter transmittierter Teilstrahlen größer als die halbe Summe ihrer spektralen Halbwertsbreiten.

Ein besonders kompakter Aufbau wird erzielt, wenn das erste und/oder zweite Volumen-Bragg-Gitter aus einem einzigen Volumen-Bragg-Gitter-Element aufgebaut ist, dessen Gittereigenschaften ortsabhängig sind, wobei vorzugsweise das jeweilige Volumen-Bragg-Gitter-Element eine der Anzahl der Diodenlaserelemente entsprechende Anzahl von Bereichen mit jeweils konstanten aber voneinander verschiedenen Gittereigenschaften aufweist.

Alternativ hierzu ist das erste und/oder zweite Volumen-Bragg-Gitter aus einer Mehrzahl diskreter Volumen-Bragg-Gitter-Elemente aufgebaut ist, die sich in ihren Gittereigenschaften unterscheiden, wobei insbesondere die Anzahl der diskreten Volumen-Bragg-Gitter-Elemente der Anzahl der Diodenlaserelemente entspricht. Ein aus einzelnen Volumen-Bragg-Gitter-Elementen aufgebautes Volumen-Bragg-Gitter lässt sich besonders einfach herstellen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der ersten und/oder zweiten Volumen-Bragg-Gitter-Anordnung jeweils eine Mikrooptik vorgeschaltet, die insbesondere jeweils in die Volumen-Bragg-Gitter-Anordnung integriert ist. Dadurch werden Verluste bei der Übertragung und Einkopplung der Teilstrahlen zu den bzw. in die Volumen-Bragg-Gitter verringert.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste und/oder zweite Volumen-Bragg-Gitter aus einem oder mehreren PTR-Elementen aufgebaut. Diese ermöglichen eine besonders schmalbandige Stabilisierung der Wellenlänge der jeweils aus den Diodenlaserelementen austretenden Teilstrahlen und damit eine besonders effektive und verlustfreie Wellenlängenkopplung der auf diese Weise stabilisierten Teilstrahlen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 und 2 verschiedene Ausführungsformen eines Diodenlasers gemäß der Erfindung in einer jeweils schematischen Prinzipdarstellung.
Gemäß 1 enthält ein Diodenlaser eine Vielzahl n von Diodenlaserelementen 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ , die im Ausführungsbeispiel der Figur in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und eine Diodenlaserbaugruppe 4 bilden. Bei den in der Figur dargestellten Diodenlaserelementen 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ kann es sich sowohl um die Einzelemitter eines Laserdioden-Barrens als auch um Laserdioden-Barren handeln, die übereinander in einem Stapel angeordnet sind. Jedes Diodenlaserelement 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ emittiert einen Teilstrahl 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ .
Der Diodenlaserbaugruppe 4 ist ausgangsseitig eine Mikrooptik 6 nachgeordnet, die eine Kollimation der aus den Diodenlaserelementen 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ jeweils austretenden Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ in Richtung der fast axis bewirkt.
Diese Mikrooptik 6 ist für den Fall, dass es sich bei der Diodenlaserbaugruppe 4 um einen einzelnen Laserdioden-Barren und bei den Diodenlaserelementen 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ um Einzelemitter handelt, eine einzelne Zylinderlinse. Wenn die in der Figur dargestellten Diodenlaserbaugruppe aus mehreren als Diodenlaserelemente 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ dienenden Laserdioden-Barren zusammengesetzt ist, ist als Mikrooptik 6 ein Array aus n-einzelnen Mikrolinsen verwendet. In einer alternativen Aus führungsform wird mit der Mikrooptik 6 zusätzlich eine Kollimation in Richtung der slow axis durchgeführt.
Die aus der Diodenlaserbaugruppe 4 bzw. dem Kollimator 6 austretenden Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ werden in eine optische Einrichtung 10 eingekoppelt, die ausgangsseitig einen Ausgangslaserstrahl 12 erzeugt, in dem alle Teilstrahlen 8⁽¹⁾ 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ kollinear überlagert sind und unmittelbar oder mit einer in der Figur nur angedeuteten Strahlführungs- und Strahlformungseinrichtung, beispielsweise mit einer Lichtleitfaser, gemeinsam und überlagert zu einem Objekt 16 geführt werden, um dort mit hoher Intensität den jeweils entsprechend dem Einsatzzweck angestrebten physikalischen Effekt herbeizuführen. Bei diesem Objekt kann es sich beispielsweise um ein zu bearbeitendes Werkstück oder um das laseraktive Medium eines Festkörperlasers handeln, das mit dem Diodenlaser optisch gepumpt werden soll.
Die optische Einrichtung 10 umfasst eingangsseitig ein erstes holographisches Gitter oder Volumen-Bragg-Gitter 18, das von jedem Teilstrahl 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ nur einen engen Spektralbereich mit einer Mittenwellenlänge λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾ und der Halbwertsbreite λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾, die kleiner ist als die Halbwertsbreite des emittierten jeweiligen Teilstrahls 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ ist, teilweise in das jeweilige Diodenlaserelement 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ zurückreflektiert und den überwiegenden Teil nur dieses Spektralbereichs transmittiert. Die durch den zurückreflektierten Anteil bewirkte Rückkopplung führt zu einem sogenannten self-seeding des jeweiligen Diodenlaserelementes 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ und damit zu einer spektralen Einengung der jeweiligen Ausgangsstrahlung, so dass die Diodenlaserelemente 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ im stationären Zustand nur noch Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ emittieren, deren Mitten wellenlängen auf die Wellenlängen λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾ stabilisiert und in ihrer Halbwertsbreite λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾ entsprechend eingeengt sind, d. h. eine deutlich kleinere Bandbreite als die ursprünglich austretenden Teilstrahlen haben. Ohne das erste Volumen-Bragg-Gitter 18 hätten die aus den Diodenlaserelementen 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ jeweils austretenden Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ annähernd die gleiche Wellenlänge λ_A und dieselbe Halbwertsbreite Δλ_A. Ein geeignetes Volumen-Bragg-Gitter ist beispielsweise ein photo-thermischrefraktives Bauelement, wie es beispielsweise aus der US 6,586,141 B1 bekannt ist. Auf der Grundlage solcher sogenannter PTR-Elemente sind Volumen-Bragg-Gitter mit sehr guter spektraler Selektivität und hoher Beugungseffizienz bekannt. Diese PTR-Elemente zeichnen sich auch durch eine hohe mechanische, optische und thermische Stabilität aus.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Gitterkonstante des ersten Volumen-Bragg-Gitters kontinuierlich als Funktion der Ortskoordinate variiert, wie dies in der Figur durch den Pfeil 20 veranschaulicht ist. Anstelle einer solchen kontinuierlichen Variation der Gitterkonstante ist auch eine diskontinuierliche Variation der Gitterkonstante innerhalb des ersten Volumen-Bragg-Gitters möglich, so dass jedem Diodenlaserelement 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ ein Bereich mit jeweils konstanter Gittereigenschaft zugeordnet ist.
Die aus dem ersten Volumen-Bragg-Gitter 18 austretenden Teilstrahlen treffen nach Kollimation in der slow axis mit einer Mikrooptik 22 auf ein innerhalb der optischen Einrichtung 10 angeordnetes zweites Gitter 24, bei dem es sich vorzugsweise ebenfalls um ein Volumen-Bragg-Gitter handelt, und in dem eine inkohärente kollineare Überlagerung der spektral schmalbandigen Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ durchgeführt wird. Auch das zweite Gitter ist vorzugsweise ein PTR-Element und hat analog zum ersten Volumen-Bragg-Gitter 18 eine ortsabhängige innere Gitterstruktur. An der Position i muss die Gitterstruktur derart konzipiert sein, dass der Teilstrahl mit der Wellenlänge λ_B ⁽ ⁱ⁾ maximal reflektiert wird, während die bereits überlagerten Teilstrahlen mit den Wellenlängen λ_B ⁽ ⁱ⁺¹⁾, λ_B ⁽ ⁱ⁺²⁾, ... λ_B ⁽ ⁱ⁺ⁿ⁾ möglichst verlustarm transmittiert werden.
Um eine effiziente Wellenlängenkopplung und damit eine effiziente Erhöhung der Strahldichte oder Brightness zu ermöglichen, ist die Differenz der mittleren Wellenlänge λ_B ⁽ ¹⁾, λ_B ⁽ ²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾ spektral benachbarter transmittierter Teilstrahlen 8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ größer als die halbe Summe ihrer jeweiligen spektralen Halbwertsbreite λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ ⁿ⁾, so dass die folgende Bedingung erfüllt ist: ½(λB (i) + λB (i–1)) ≤ λB ( i) – λB ( i–1)
Mit den bekannten PTR-Elementen, wie sie beispielsweise von PD-LD Inc., Pennington, New Jersey, USA oder von Ondax Inc., Monrovia, California, USA angeboten werden, ist es möglich, die aus einem einzelnen Diodenlaserelement mit einer Halbwertsbreite von etwa 3 – 6nm austretenden Laserstrahlen auf einen schmalbandigen Bereich mit einer Halbwertsbreite < 0,2nm einzuengen, so dass beispielsweise bis zu 30 Einzelemitter eines Laserdioden-Barrens hinreichend in ihrer Wellenlänge separiert werden können, um eine Wellenlängenkopplung zu ermöglichen. Da es außerdem möglich ist, die in einem Stapel jeweils angeordneten Laserdioden-Barren bei der Herstellung auf unterschiedliche Zentralwellenlängen einzustellen, die sich voneinander um einige nm unterscheiden, ist es grundsätzlich möglich alle Teilstrahlen eines solchen Stapels durch Wellenlängenkopplung kollinear zu überlagern. Alternativ ist es auch möglich, die aus einem Laserdioden-Barren eines Stapels austretenden Teilstrahlen mit Hilfe des ersten Volumen-Bragg-Gitters auf eine einzige Wellenlänge einzustellen, und die aus den einzelnen Laserdioden-Barren austretenden, schmalbandigen Laserstrahlen durch Wellenlängenkopplung kollinear zu überlagern.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist das erste Volumen-Bragg-Gitter 18 aus mehreren diskreten Volumen-Bragg-Gitter-Elementen 18⁽¹⁾ , 18⁽²⁾ , ... 18⁽ⁿ⁾ aufgebaut, die im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur der Anzahl n der Diodenlaserelemente 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ entspricht. Grundsätzlich kann auch das zweite Gitter 24 aus einer Mehrzahl von diskreten Volumen-Bragg-Gitter-Elementen aufgebaut sein. Des weiteren ist es möglich, Mikrooptik 6, erstes Volumen-Bragg-Gitter 18 und zweites Gitter 24 in ein monolithisches Bauteil zu integrieren, so dass aufgrund des kompakten Aufbaus die in 1 und 2 dargestellte Mikrooptik 22 nicht mehr erforderlich ist.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen einen sehr kompakten und stabilen Aufbau, da das erste Volumen-Bragg-Gitter 18 unmittelbar mit dem Kollimator 6 montiert werden kann oder wie vorstehend erläutert als monolithisches Bauteil gemeinsam mit dem Kollimator 6 hergestellt werden kann. Der Abstand d von den Ausgangsfacetten des Diodenlaserelementes 2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ ... 2⁽ⁿ⁾ bis zum ersten Volumen-Bragg-Gitter 18 beträgt nur wenige Millimeter und ist typischerweise kleiner als 3mm, so dass die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Belastungen weitgehend reduziert ist.
Ein weiterer positiver Effekt ist die Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge der emittierten Laserstrah lung durch das erste Volumen-Bragg-Gitter 18, da dieses die Wellenlänge auf einen schmalbandigen Bereich stabilisiert.

2⁽¹⁾-2⁽ⁿ⁾: Diodenlaserelement
4: Diodenlaserbaugruppe
6: Mikrooptik
8⁽¹⁾-8⁽ⁿ⁾: Teilstrahl
10: optische Einrichtung
12: Ausgangslaserstrahl
14: Strahlführungs- und Strahlformungseinrichtung
16: Objekt
18: erstes Volumen-Bragg-Gitter
20: Pfeil
22: Mikrooptik
24: zweites Gitter

Claims

Diodenlaser mit einer optischen Einrichtung (10) zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls (12) am Ort eines Objektes (16), der aus einer Mehrzahl von Teilstrahlen (8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ ) besteht, die von einer Mehrzahl von Diodenlaserelementen (2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ ) erzeugt werden, bei dem die optische Einrichtung (10) den Diodenlaserelementen (2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ ) nachgeordnet ist und ein erstes Volumen-Bragg-Gitter (18) enthält, das jeweils nur einen Spektralbereich (λ_B ⁽¹⁾, Δλ_B ⁽¹⁾, ...,λ_B ⁽²⁾, Δλ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ⁿ⁾, Δλ_B ⁽ⁿ⁾) der aus den Diodenlaserelementen (2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ ) austretenden Teilstrahlen (8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ ) teilweise in das jeweilige Diodenlaserelement (2⁽¹⁾ , 2⁽²⁾ , ... 2⁽ⁿ⁾ ) zurückreflektiert und den überwiegenden Teil nur dieses Spektralbereichs (λ_B ⁽¹⁾, Δλ_B ⁽¹⁾, ...,λ_B ⁽²⁾, Δλ_B ⁽²⁾, ...λ_B ⁽ⁿ⁾, Δλ_B ⁽ⁿ⁾) transmittiert, wobei die mittleren Wellenlängen (λ_B ⁽¹⁾, λ_B ⁽²⁾, ... λ_B ⁽ⁿ⁾) der aus verschiedenen Teilstrahlen (8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ ) jeweils gefilterten Spektralbereiche (λ_B ⁽¹⁾, Δλ_B ⁽¹⁾, ..., λ_B ⁽²⁾, Δλ_B ⁽²⁾, ...λ_B ⁽ⁿ⁾, Δλ_B ⁽ⁿ⁾) voneinander verschieden sind, sowie mit einem zweiten Gitter (24) zur kollinearen räumlichen Überlagerung der vom ersten Volumen-Bragg-Gitter (18) transmittierten Teilstrahlen (8⁽¹⁾ , 8⁽²⁾ , ... 8⁽ⁿ⁾ ) im Ausgangslaserstrahl (12).
Diodenlaser nach Anspruch 1, bei dem als zweites Gitter ein Volumen-Bragg-Gitter vorgesehen ist.
Diodenlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Differenz der mittleren Wellenlänge spektral benachbarter transmittier ter Teilstrahlen größer als die halbe Summe ihrer spektralen Halbwertsbreiten ist.
Diodenlaser nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das erste und/oder zweite Volumen-Bragg-Gitter aus einem einzigen Volumen-Bragg-Gitter-Element aufgebaut ist, dessen Gittereigenschaften ortsabhängig sind.
Diodenlaser nach Anspruch 4, bei dem das Volumen-Bragg-Gitter-Element eine der Anzahl der Diodenlaserelemente entsprechende Anzahl von Bereichen mit jeweils konstanten aber voneinander verschiedenen Gittereigenschaften aufweist.
Diodenlaser nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das erste und/oder zweite Volumen-Bragg-Gitter aus einer Mehrzahl diskreter Volumen-Bragg-Gitter-Elemente aufgebaut ist, die sich in ihren Gittereigenschaften unterscheiden.
Diodenlaser nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl der diskreten Volumen-Bragg-Gitter-Elemente der Anzahl der Diodenlaserelemente entspricht.
Diodenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem ersten Volumen-Bragg-Gitter und/oder zweiten Gitter jeweils eine Mikrooptik vorgeschaltet ist.
Diodenlaser nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die Mikrooptik jeweils in das Volumen-Bragg-Gitter integriert ist.
Diodenlaser nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem das erste Volumen-Bragg-Gitter und/oder zweite Gitter aus einem oder mehreren PTR-Elementen aufgebaut ist.